中國空間站“T”字構型將建成

樊巍

2022年10月31日，中國在海南文昌航天發射場運用長征五號13(簡稱長五B)運載火箭，將中國空間站三艙主體艙段中的最后一個艙段——夢天實驗艙成功發射升空。隨后夢天實驗艙與天和核心艙進行快速交會對接，并將擇機開展平面轉位，屆時，由三艙組成的空間站字基本構型就將全面建成。

長五B火箭再度建“宮”立業

作為我國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭，長五B運載火箭是發射空間站主艙段的不二選擇。此前，我國分別于2021年4月和2022年7月，運用長五B火箭將空間站天和核心艙、問天實驗艙成功發射升空。此次長五B火箭再度將夢天實驗艙發射至預定軌道，它也用連續三次圓滿發射成功向世界宣告，屬于中國人的空間站時代到來！

長五火箭副總設計師黃兵介紹稱，為滿足空間站大艙段發射任務要求，長五B火箭突破了多項關鍵技術，其中包括2米亞洲最大整流罩分離技術、1米大直徑艙箭連接分離技術、大推力直接入軌偏差精確控制技術等，并將發射窗口由“零窗口”拓展為士2.5分鐘的“窄窗口”，極大地提升了長五研火箭執行空間站建造任務的可靠性。

此外，長五B火箭只用一級半火箭直接入軌，從點火到入軌一氣呵成。它也是我國現役運載火箭中唯一一款一級半直接入軌的火箭。由于級間分離堪稱是火箭飛行中動作最復雜、也是最容易出現問題的環節之一，因此級數越少，分離次數就越少，發生故障的概率就越低。長五B火箭一級半直接入軌，減少了分離次數，進一步提升了可靠性。

據了解，長五B后續還將承擔中國第一個大型空間巡天望遠鏡的發射任務，屆時巡天望遠鏡將與空間站共軌飛行，開展更多的宇宙空間探測和前沿科學研究。此外，長五B未來還將與遠征系列上面級形成組合，形成多星組網發射的能力，充分發揮運載能力大、單位有效載荷經濟性好的優勢，滿足國家不同發射任務的需求。

航天科技集團一院長征五號B運載火箭總體主任設計師李平岐接受《環球時報》記者采訪時表示，長五系列火箭已經經受了一系列國家重大航天工程的考驗,未來的一些重大發射任務也對長五火箭提出了新的需求，其中包括大體積應用載荷的發射任務。此外，長征五系列運載火箭運力都比較大，對長征五號執行“一箭多星”發射任務提出了需求。針對這些需求，項目團隊已經開展了相關研制工作。其中在兩級半構型的長五火箭小整流罩的基礎之上，項目團隊正在研發更大規模的整流罩，例如長度達到18.5米的整流罩，這樣長征五號就可以執行高軌道大體積載荷的發射任務。與此同時，項目團隊還在研制執行“一箭多星”任務的發射適配器等相關產品，極大地提升了整個長征五號系列火箭執行任務的適應性。

黃兵介紹稱，長五系列火箭連續成功發射的高可靠性也得到了客戶的青睞。未來，我國一系列大型衛星等將逐步立項研制，長五系列火箭也將逐步進入高密度發射狀態。預計到2024年，發射需求將達到每年4至5發。

迎來功能最強“工作室”

夢天實驗艙升空之后，將與天和核心艙進行快速交會對接并擇機開展平面轉位，屆時中國空間站三艙“T”字基本構型在軌建造任務將全面完成。

作為中國空間站的第二個實驗艙，夢天實驗艙艙體全長17.88米，直徑4.2米，發射質量約23噸，由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙四個艙段組成。夢天實驗艙在軌組裝完成后，將與空間站其他兩艙實現控制、能源、信息、環境等功能的并網管理，為航天員在密封艙內工作提供保障條件，同時將為開展艙內、艙外空間科學實驗和技術試驗提供保障條件，以及提供貨物氣閘艙，支持貨物進出艙、微小飛行器在軌釋放等功能，打造中國空間技術應用研究的“夢工場”，推動我國空間科學研究與應用邁向世界領先水平。

與問天實驗艙相比，夢天實驗艙的定位則更加突出航天員“工作室”的屬性。夢天實驗艙沒有配置其他兩艙的再生生保以及睡眠區、衛生區，但三個艙段內均配置有航天員的鍛煉設備，夢天艙配置的是抗阻鍛煉設備，類似健身房的劃船機。

作為航天員在太空工作生活的主要區域，問天與夢天兩個實驗艙的工作艙內均安裝了多臺科學實驗機柜，但能力和責任各有側重。問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，配置了生命生態、生物技術和變重力科學等實驗柜。夢天實驗艙作為［艙中載荷支持能力最強的艙段，配置了13個標準載荷機柜，主要面向微重力科學研究，可支持流體物理、材料科學'、燃燒科學、超冷原子物理、高精度時頻系統等前沿實驗項目。同時，為了最大化實現艙外試驗支持能力，夢天艙艙外配置有37個載荷安裝工位，可為各類科學實驗載荷提供機、電、信息方面的能力支持，確保它們在太空環境下開展各類實驗。特別是載荷艙上配置有兩塊可在軌展開的暴露載荷實驗平臺，進一步增強了空間站的載荷支持能力。

此外，夢天實驗艙上還配置有一個專屬的貨物氣閘艙，通過，這個“貨物通道”，我國空間站的載荷自動進出艙技術、小衛星在軌釋放等一系列全新技能將首次亮相。據了解，以往在艙外開展科學實驗，需要航天員出艙進行安裝作業，但這種方式會受到航天員出艙次數、載荷數量與大小的限制。夢天實驗艙內配置了一臺載荷轉移機構，可以穩定執行將貨物從艙內送出艙外，或將艙外貨物運至艙內的任務。與航天員“帶貨出艙”的方式相比，貨物進出艙能力得到了進一步提升，還為在軌工作生活的航天員“減負”，以便他們將更多的時間精力用于開展艙內各項科學實驗活動。同時，這套載荷轉移機構還能為立方星、微衛星等實現“太空旅游”提供在軌釋放服務。這是因為在夢天實驗艙中配置有微小飛行器釋放機構，有了這個機構，我國空間站則可化身為“太空驛站”，為立方星、微衛星的釋放提供最前沿的出發地。

夢天實驗艙能夠干什么

作為我國未來10年規模最大的空間綜合性研究實驗平臺，中國空間站能夠高效開展體系化的空間科學與應用研究和新技術試驗，不斷產出重大科技成果，持續獲取綜合應用效益。因此此次發射的夢天實驗艙攜帶有中科院負責研制的7個領域的8臺科學實驗柜，主要面向微重力科學領域開展研究。

據了解，這8臺科學實驗柜分別為超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學實驗柜、兩相系統實驗柜、流體物理實驗柜和燃燒科學實驗柜、在線維修裝調操作柜。這8臺科學實驗柜將支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎燃燒過程、材料凝固機理等物質本質規律研究以及超冷原子物理等前沿研究。

其中，超冷原子物理實驗柜主要是利用空間微重力環境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質量、適合精密測量的玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC）工作物質的開放實驗系統，開展前沿基礎物理研究。

高精度時頻實驗柜主要是通過不同特性原子鐘組合，在空間站構建超高精度時間頻率產生和運行的系統，開展基礎物理理論檢驗，并支持通過微波和激光傳遞鏈路向地面提供超高精度時間頻率信號，是空間站中最復雜的實驗柜，由2個艙內科學實驗柜和4臺艙外設備組成完整的實驗系統。

高溫材料科學實驗柜主要是支持開展金屬及合金材料、無機非金屬材料、復合材料和其他新型特種/材料的熔體生長和凝固科學實驗。

兩相系統實驗柜可支持開展空間蒸發與冷凝相變、沸騰傳熱、兩相流動與回路系統、空間流體控制等關鍵科學問題與應用研究。

流體物理實驗柜主要是支持開展空間微重力環境中流體的宏觀、微觀運動，擴散過程的基本規律研究，以及空間材料、空間生命科學和生物技術等方向采用透明介質的實驗研究。

燃燒科學實驗柜主要是支持開展微重力環境下的燃燒科學研究，重點是微重力環境下的燃燒科學基礎問題和技術研究、空天推進和載人航天微重力燃燒問題等方面的研究。

在線維修裝調操作柜主要是支持艙內科學實驗與技術試驗的精細機械操作、結構和電子學裝配、機構潤滑等操作及試驗驗證，并支持開展空間機器人和遙科學技術試驗。

中國空間站空間應用系統副總師劉國寧在接受《環球時報》等媒體采訪時表示，通過夢天實驗艙配置的8個科學實驗柜，我們能在微重力基礎物理、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒科學等方向開展科學和應用研究，預期能夠在上述領域做出具有國際水平的科學成果，并同步推進應用和技術轉移，進一步推動我國空間科學整體水平的提升。目前在上述方向已規劃安排約40項科學實驗項目，將根據規劃持續開展在軌實驗。▲