天宮二號月圓飛天

顏士州

2016年9月15日，中秋月圓夜，“天宮”飛天時。

這天夜里，一次次掌聲在北京航天飛行控制中心響起。在這個曾伴嫦娥升空、送神舟飛天的中國航天飛行控制的“神經中樞”，現場的人們用陣陣掌聲標記出人類航天探索的又一個“中國時刻”——天宮二號空間實驗室成功發射升空，中國向著自己的空間站邁進了一大步，人類航天探索史又添上了濃墨重彩的一筆。

何為空間站？

關于空間站，這幾年公眾印象最深的恐怕就是電影《地心引力》了。NASA的美女航天員從國際空間站跑到中國的“天宮”空間站后乘坐神舟飛船返回的劇情，讓這部電影在中國賺足了票房。

空間站是一種在近地軌道長時間運行，可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。空間站的概念最早可追溯到1896年，然而直到1971年前蘇聯的“禮炮一號”發射升空，人類才有了第一個真正意義上的空間站。

隨后，美國的天空實驗室空間站、前蘇聯的“和平”號空間站以及至今還閃耀在夜空的國際空間站相繼建成，空間站經歷從單艙室到多艙室，獨立發射到國際合作的演化，成為人類空間實驗的主要力量。

一般來講，完整的空間站應有10個結構：主體結構、電源供應系統、溫度控制系統、姿勢控制系統、軌道操作和推進系統、自動化控制機械系統、計算機和通信系統、環境與生命支持系統、乘員生活設施和貨物運輸系統。

那么，天宮二號是這樣的空間站嗎？答案是否定的。

空間站的前身

我國之前發射的天宮一號，是中國的第一個“目標飛行器”，其主要目標是交會對接實驗，雖然其他各個系統都有涉及，但并不完善，很多功能都是由神舟飛船提供的。

天宮二號則是我國載人航天工程“三步走”第二步第二階段的首發飛行器，是第一艘真正意義上的空間實驗室，它將與“神舟十一號”載人飛船和“天舟一號”貨運飛船交會對接，共同開展航天員中期駐留任務、在軌維修技術試驗任務、推進劑在軌補加任務以及一系列空間應用科學實驗、航天醫學實驗、空間站技術驗證試驗等任務，為第三步建造空間站提前開展相關技術驗證。

簡單來說，空間實驗室更像是空間站的前身，是為發展空間站，從載人飛船過渡到載人航天基礎設施的試驗性航天器。

天宮二號的靚麗身姿

天宮二號全長10.4米，最大直徑3.35米，太陽翼展寬約18.4米，重8.6噸，設計在軌壽命2年。艙內宇航員活動的范圍約為16到18立方米，按6立方米即可滿足住一人居住的人機功效看，天宮二號上可以住兩位航天員。

和天宮一號相仿，天宮二號仍是以資源艙和實驗艙組成的兩艙結構，資源艙主要功能是為天宮二號在太空飛行提供能源和動力。實驗艙主要功能是為航天員在太空生活提供潔凈、溫度和濕度適宜的載人環境和活動空間。

與天宮一號不同的是，天宮二號此次任務將不止滿足于飛船交會對接實驗，而是搭載了十余個科學實驗，實驗設備均以模塊化設計，可以在軌進行更換，使天宮二號具有了空間站的雛形。

天宮二號裝備更強大、裝載量高、內部環境好。它里面的機械臂是我國自主研究的機器人，長10米，可以搬運貨物、在軌組裝，幫助航天員干活。它既可自主爬行，還可做局部精細化操作。

也許你會認為自主爬行不足一談，但你想想看，太空里大的東西特別大，細小的東西形同針尖，因此如何進行精細化操作并不是一件容易的事。

為了方便航天員的太空生活，天宮二號在內部進行了精心設計：有專門供宇航員工作的實驗室，為航天員配備的筆記本電腦，工作室的溫度保持恒溫；有專門的廚房，宇航員可將事先準備好的飯菜儲存在冰箱里，餓了只要拿出來熱一熱就可以吃了，當然考慮到個人口味，還特制了一些太空食品；在通信上為航天員配備了藍牙耳機，可和地面保持聯系，也可收看電視節目，用網絡電視與家人交流；臥室里的環境更加舒適，鋪設了地板，艙內燈光可調節亮度，床前都配備了床頭燈，可以躺在床上玩手機聽音樂；娛樂室里面配備了單車、踏步器等健身器材，供宇航員鍛煉身體；在衛生方面，特制了毛巾和抽水馬桶，且氣壓低于艙內，這樣氣味不易擴散，還可以廢物處理。

雖然天宮二號屬于空間實驗室，還不屬于空間站，但它將在太空中駐留30天，這么長時間在空間生活，既是對航天員自身體能的考驗，也是對我國載人航天技術的挑戰。這次實驗的目的，就是研究怎樣長時間提供適合宇航員生活的環境及包括水在內的物資供給，這些都要在“天宮二號”上得到驗證。

太空中的科學實驗

天宮二號將在太空進行14項科學實驗，其中，重點進行空間冷原子鐘實驗、伽瑪暴偏振探測、空地量子密鑰分配試驗。

天宮二號可以載人，具備太空補加功能，宇航員要停留其中并補加推進劑。而對于推進劑補加，其難度如同高空飛行中的飛機在空中加油一樣，并不像常人想象的那么簡單。

天宮二號作為中國首個空間站的雛形，要想使它在太空停留的時間長久，就得補充推進劑，而航天器在運行期間，推進劑也在慢慢消耗。那么，航天器的推進劑消耗完了怎么辦？這就需要“太空加油”——給它補加推進劑。

說起給航天器“太空加油”，花費了科學家的大量精力，補加推進劑要讓空間壓縮機壓縮燃料，而在壓縮的同時燃料也會流失。最終，科學家想出了解決方法：在液路浮動斷接器上增加安裝接口，加快資源艙里的燃料流動。

天宮二號的核心是計算機系統，它能保證所有的分支系統有序地運行，儀表控制器是一種高性能計算機，用于跟其他系統進行數據交換，同時控制著系統的溫度，相當于一個大“空調器”，一旦艙內溫度過高或者過低，它都會及時調節，使設備正常運行。

或許你還記得天宮一號授課的情景，系統中的圖像從萬里之遙能看到清楚，此次天宮二號安裝的攝像機采用高保真編碼話音設備和雙向圖像解碼器，能讓我們在電視熒幕上看得比上次更清楚，聲音聽得更仔細，地面上的人可以跟宇航員對話。天宮二號和神舟十一號分別裝上空空無線設備，USB應答機分分秒秒監測它們的方向、距離和速度，能及時將信息返回地面。

天宮二號給我們帶來哪些影響

首先在“太空計時”上有所突破，使得計量精度提高。

我們生活中最精準的鐘表，每年大約有一分鐘的誤差；原子鐘的精度，可達每2000萬年誤差一秒；而天宮二號上將攜帶國際首臺空間運行的最高精度超冷原子鐘，誤差可縮小到2億年一秒，它將被用于空間系統的時間基準，為深空探測、廣義相對論驗證等重要領域作出貢獻。同時，它還可用于城市與城市之間的距離、出行地點以及里程等的精確距離測算，使導航定位做到百分百準確無誤。

隨著網絡信息的普及，隱私安全也引發廣泛關注，天宮二號可以通過遙感加密，生成“公開密鑰”密碼系統——通過天上發射一個個單光子并在地面接收，生成“天機不可泄露”的量子密鑰，因而信息非常安全。

天宮二號里天極望遠鏡可用來探測研究宇宙中的射線，實現高精度、系統性地觀測恒星演化、黑洞形成，為研究其他星球以及宇宙中的爆發現象做更深一步的監測。

未來的中國空間站

我國計劃于2020年前后建成自己的空間站“天宮”。天宮采用與和平號類似的積木式結構，設計壽命十年以上，常駐人員3名，6個月輪換一次。那時，中國將真正跨入空間站俱樂部，成為繼美俄之后第三個可以獨立發射空間站的國家。

空間實驗室任務將在2017年上半年全部完成，隨后進入空間站建設階段。中國將建成一個“比國際空間站運行經濟性更好、信息化程度更高的空間站”，第一步是在2018年前后發射空間站核心艙。

未來中國空間站額定設計容納3名航天員，輪換期間最多達到6名航天員。這意味著，到那時，中國載人航天飛行將成為常態。（編輯/夏冬）