建成“太空家園” 中國飛天夢圓
——中國載人航天跑出新時代 中國航天發(fā)展加速度

◎ 本刊記者 蔣向利

2022年11月3日9 時32 分，中國空間站夢天實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位。夢天實驗艙轉(zhuǎn)位完成標志著中國空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成，向著建成空間站的目標邁出了關(guān)鍵一步。

北京時間2022年11月30日7 時33 分，在載人飛船與空間站組合體成功實現(xiàn)自主快速交會對接后，神舟十五號航天員乘組從飛船返回艙進入軌道艙。完成各項準備后，翹盼已久的神舟十四號航天員乘組順利打開“家門”，熱情歡迎遠道而來的親人入駐“天宮”。隨后，“勝利會師”的兩個航天員乘組，一起在中國人自己的“太空家園”里留下了一張足以載入史冊的太空合影。

從2021年4月天和核心艙發(fā)射到2022年11月神舟十四、十五任務，中國空間站“T”字基本構(gòu)型組裝建造如期完成，展現(xiàn)了中國載人航天30年發(fā)展的厚重積淀與強大實力，跑出了新時代中國航天發(fā)展的加速度。

中國空間站“T”字構(gòu)型長這樣

中國空間站“T”字基本構(gòu)型組合體，由天和核心艙、夢天實驗艙與問天實驗艙形成。“T”字的一豎，是天和核心艙；在其兩側(cè)，是“T”字的一橫，對稱分布問天實驗艙與夢天實驗艙。

2022年7月，問天實驗艙與天和核心艙完成交會對接，中國空間站組合體呈兩艙“一”字構(gòu)型；9月底，問天實驗艙轉(zhuǎn)位成功，空間站組合體變?yōu)閮膳摗癓”字構(gòu)型；11月初，夢天實驗艙完成轉(zhuǎn)位，三艙最終呈現(xiàn)“T”字基本構(gòu)型，即以天和核心艙為對稱，問天實驗艙與夢天實驗艙分布于天和核心艙節(jié)點艙的兩個側(cè)向停泊口。11月30日，神舟十五號載人飛船與中國空間站成功完成全自主快速交會對接，最終形成三艙三船構(gòu)型，即天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙“三艙”，天舟五號貨運飛船、神舟十四號載人飛船、神舟十五號載人飛船“三船”。

中國空間站設(shè)計精髓

節(jié)省能耗。“T”字構(gòu)型最大的好處，首先是能夠保證質(zhì)心居中，節(jié)省姿態(tài)控制所需要的能量。轉(zhuǎn)位后的“T”字構(gòu)型結(jié)構(gòu)對稱，從姿態(tài)控制、組合體管理上都是比較穩(wěn)定的構(gòu)型，易于組合體的飛行，且由于其受到的地心引力、大氣擾動等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進劑和其他資源較少。

高效發(fā)電效果。兩個尺寸、質(zhì)量特性大體一致的實驗艙對向布置，形成“T”字的一橫，兩對大型太陽翼成為“T”字一橫遠端的兩個“大風車”。這樣一來，不管空間站以何種姿勢飛行，都能接受到陽光的照射，從而獲得高效的發(fā)電效果。

保證安全性和可靠性。問天、夢天兩個實驗艙的氣閘艙分別位于“T”字一橫的端頭，正常工作泄壓或異常隔離時均不影響其他密封艙段構(gòu)成連貫空間，保證了安全性。

作為“T”字那一豎的天和核心艙，在這個對稱關(guān)系中仍然保持著前向、后向、徑向三向?qū)拥哪芰Α：笙驅(qū)迂涍\飛船，使得組合體可以直接利用貨運飛船的發(fā)動機進行軌道機動；前向、徑向兩個對接口不僅可以接納兩艘載人飛船實現(xiàn)輪換，而且保持正常三軸穩(wěn)定對地姿態(tài)時兩對接口都在軌道平面內(nèi)，即可讓載人飛船在軌道面內(nèi)沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無需對接后再轉(zhuǎn)換對接口。另外，為讓“T”字構(gòu)型更加穩(wěn)定可靠，研制團隊高度關(guān)注中國空間站的系統(tǒng)集成，獨創(chuàng)性地一體化設(shè)計出整站三艙，構(gòu)建了一個“組合體核心”，作為“最強大腦”對整個空間站進行統(tǒng)一管理，保證各艙段、飛行器動作協(xié)調(diào)。

三艙分工明確。2022年，中國空間站進入全面建造階段，問天實驗艙、夢天實驗艙與核心艙相繼完成交會對接，通過艙段轉(zhuǎn)位操作，將兩個實驗艙分別停泊于核心艙節(jié)點艙對應停泊口，在軌完成空間站“T”字構(gòu)型組合體組裝，以三艙段組合形成基本構(gòu)型轉(zhuǎn)入運營與應用發(fā)展階段。

天和核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段。其具備開展交會對接、轉(zhuǎn)位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗等能力，艙內(nèi)配置有工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)以及鍛煉區(qū)，能夠為航天員工作和生活提供舒適良好的保障條件。同時，天和核心艙還具有一定的實驗能力，內(nèi)部配備有高微重力實驗柜和無容器材料實驗柜。

問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，艙內(nèi)搭載了生命生態(tài)實驗柜、生物技術(shù)實驗柜等科學實驗柜，在空間生命科學與生物技術(shù)、微重力流體物理、空間材料科學等領(lǐng)域探索人類長期太空生存所面臨的一系列科學問題。除了用于科學實驗，問天實驗艙還要“兼職”天和核心艙的功能備份，它的氣閘艙也是航天員執(zhí)行出艙任務的主出艙口，其內(nèi)部還配置了3 個睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生間和廚房等設(shè)施，為6 名航天員在軌輪換提供條件。

夢天實驗艙專注于微重力科學研究，不再配備再生生保以及睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。其內(nèi)部配置了13個科學實驗機柜，艙外布置有37 個載荷暴露平臺及工位。作為三艙中支持載荷能力最強的艙段，夢天實驗艙可以可支持流體物理、材料科學、超冷原子物理等前沿試驗項目。

“問天”“夢天”的設(shè)計巧思。為兼顧到組合體構(gòu)型，設(shè)計團隊全力確保問天實驗艙和夢天實驗艙的尺寸、質(zhì)量特性大體一致，從而獲得整體構(gòu)型下較好的動力學特性，而且從布局上都采用了工作艙- 氣閘艙- 資源艙的順序。

航天科技集團五院專家介紹，這一設(shè)計，可讓實驗艙在對接之后，使氣閘艙成為所有密封艙組合的“端部”，可以在實驗艙出現(xiàn)緊急情況時及時與其他艙段隔離，確保中國空間站在軌穩(wěn)定運行。

同時，考慮到問天實驗艙和夢天實驗艙沒有前后對接的需求，只在一端對接即可。設(shè)計團隊對兩個實驗艙的資源艙采用了傳統(tǒng)的小尺寸“實心”布局，外部則布置了帆板和天線。

正可謂“大塊頭有大智慧”，規(guī)模龐大、系統(tǒng)復雜的中國空間站，在細節(jié)上處處體現(xiàn)著航天人的巧思，讓我們的“太空家園”變得更加舒適高效。隨著“夢天”的入列，中國空間站將以全新的姿態(tài)迎接未來的太空征程。

中國空間站未來規(guī)劃

空間站完成在軌建造后，將轉(zhuǎn)入為期十年以上的運營與應用發(fā)展階段，初步計劃每年發(fā)射兩艘載人飛船、兩艘貨運飛船，航天員將長期在軌駐留，開展空間科學實驗和技術(shù)試驗。有關(guān)方面還考慮研發(fā)空間站擴展艙段，為進一步支持在軌科學實驗和為航天員工作生活創(chuàng)造更好條件。

“建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程‘三步走’戰(zhàn)略的重要目標，是建設(shè)科技強國、航天強國的重要引領(lǐng)性工程。”習近平總書記一直高度重視航天事業(yè)發(fā)展，關(guān)注中國空間站“成長歷程”。浩瀚宇宙，中國智慧將持續(xù)綻放光彩，不斷引領(lǐng)人類文明走向更遠更美好的未來。