機械戰士 大國重器

天宮等你來做客

現在宮里很熱鬧， 你想進宮看一看嗎？

這宮里住的既不是玉皇大帝， 也不是慈禧老佛爺， 住的是中國航天員！

原來這是天宮， 是我國以一國之力建設的空間站，它正在距離地面400 千米左右的太空圍繞地球運行。

天宮是一個小型太空城，它與傳統神話里面的瓊樓玉宇、嫦娥仙子居住的廣寒宮大不一樣，和我們在地球上居住的房子也不同。它由三艙三船和三對太陽能大翅膀組成。

三艙是指三個大艙段：位于中間的天和號核心艙、位于兩邊的問天號實驗一艙和夢天號實驗二艙，三艙組成了一個“T”形。

三船指的是天宮可以停泊兩艘神舟號載人飛船和一艘天舟號貨運飛船。

神舟號載人飛船是航天員進入天宮的“定制包廂”，而天舟號貨運飛船則是給空間站運送貨物的“快遞小哥”。

宮內三殿看一看

第一殿 是天和號核心艙。它是第一個上天的艙，由節點艙、生活控制艙和資源艙三個艙組成，全長16.6 米，最大直徑4.2 米，發射質量為22.5 噸。

最前面的那個滾瓜溜圓、四面開口的部分叫節點艙，是空間站的大型接待站，用來連接各個艙段及飛船。它提供了上、下、左、右和前向5 個方向的接口，其中上面帶有欄桿的接口，專門用于航天員出艙；下面和前向的接口用于接待載人飛船；左右兩個接口用于停泊問天和夢天兩個實驗艙。節點艙的后向與生活控制艙和資源艙相連，資源艙后側也有一個接口，用于接待“快遞小哥”貨運飛船。這樣天和號核心艙就可以同時停靠3 艘飛船。

Part1 天上飛翔

位于中間的是生活控制艙，分為小柱段和大柱段。小柱段是航天員的生活區，有3 個平躺的臥鋪、1 個衛生間和一些鍛煉器材，還配有太空廚房和餐廳。艙里Wi-Fi 全覆蓋，有一條私密語音通道，航天員可以和家人 “私聊”。每個航天員都有手持終端，可以根據個人需求通過APP 調節艙內照明環境，如睡眠模式、工作模式、運動模式……生活區里還有“包裹式淋浴間”，航天員雖然不能享受和地球上一樣的淋浴和泡澡，但可以手持噴水槍，解決洗澡問題。大柱段是航天員的工作艙，里面的設備多達1 243 臺，航天員的各項操作都在這個區域完成。

位于后面的叫資源艙，它為空間站提供電力、燃料等必需資源，尾部有一個對接口，用來接待太空“快遞小哥”——貨運飛船。快遞送達后，航天員可以通過資源艙的中間通道往返卸貨。

第二殿 是問天號實驗一艙，從上到下由資源艙、氣閘艙和工作艙組成，全長17.9 米，豎起來比5 層樓還高，最粗的部位直徑4.2 米，重量23 噸。這里面為航天員準備了3 個豎著的臥鋪和1 個衛生間，當兩個乘組交接班、6 名航天員“太空會師”時，有6 個床位可供睡覺。

“問天號”是航天員在太空中進行生命科學研究的重要基地，配備有8 個實驗機柜、22 個艙外實驗品放置器，就像是把一個大型科學實驗室搬到了太空。

它最明顯的標志是那個外方內圓的氣閘艙，一眼就可認出。雖然它是個實驗艙，但也可以起到核心艙的作用，與天和核心艙互為備份。也就是說，在天和核心艙“想休息”的時候，問天號實驗一艙也能“帶你一起飛”。

第三殿 是夢天號實驗二艙，由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙、資源艙4 個艙段組成，它的長度、最大直徑、重量與“問天號”基本相同。

夢天號是三艙中科學實驗能力最強的艙段，是個名副其實的天宮“夢工廠”。工作艙內配備了13 個實驗柜，主要開展流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航天技術試驗等多學科的實驗，艙外還安裝有37 個艙外暴露實驗裝置，可以在太空環境下開展各類科學實驗。

這個艙還能直接在天上放飛衛星，由航天員在載荷艙內裝配好36U 立方星或百公斤級的微小衛星，放入貨物氣閘艙由機械手抓至艙外彈射釋放，可以省掉不少火箭發射的費用呢。

夢天號是航天員在空間站開展科學實驗的主場地，因此除了有類似健身房的劃船機鍛煉器材外，沒有航天員睡覺、吃飯的設施和衛生間。以前航天員在神舟飛船里面的活動空間只有9 立方米，如今天宮成了航天員的太空豪宅，三艙可供航天員活動的空間多達110 立方米！

再到宮外去瞧瞧艙外竟有大爬手

此“爬手”可不是那個“扒手”。

天和號的小柱段外裝備了一只強有力、會爬行的“手”。它是長約10 米、具有7 個活動關節的機械臂，能夠在太空中輕松抓取重達25 噸的物體，并模擬人的手臂靈活轉動，既可以將物體運送至空間站外部的任何位置，也可以把航天員送到艙外的維修地點，它還能通過選擇合適的轉位基座實現艙外爬行。

此外問天號氣閘艙的艙外也有一只“手”，但它的長度只有5 米，抓取能力為3 噸。它主要負責艙外暴露實驗品的拿取移動，執行更為精細的艙外作業。它還可以與天和號上的大“手”組合起來，形成一個15 米的超長機械臂，進行遠距離的操作。

別墅怎長大翅膀？

問天號和夢天號的兩側，各有兩片長達23 米、大大的太陽能翅膀，它們使用了目前世界上最先進的柔性電池材料，又輕又軟還能耐受250℃的高溫，是整個天宮的主發電站。加上天和號核心艙一對稍小的翅膀，三艙三對太陽能翅膀每天可發電約430 度，相當于普通家庭一個半月的用電量，足以保障整個空間站用電無憂。

“天宮”同時支持3～6 人居住和工作，可在太空長期穩定運行15年。目前的天宮為三個艙，構型為“Ｔ”。科學家已經預留好了對接口，如果三艙不夠用還可以再對接三個艙，形成“干”字形六艙組合體，屆時航天員便有了更加豪華的“六居室”。

標志性

“天宮”同時支持3～6 人居住和工作，可在太空長期穩定運行15年。目前的天宮為三個艙，構型為“Ｔ”。科學家已經預留好了對接口，如果三艙不夠用還可以再對接三個艙，形成“干”字形六艙組合體，屆時航天員便有了更加豪華的“六居室”。

最為奇特的是，無論天宮以何種姿態飛行，這些太陽能翅膀都能自動追逐陽光轉動，以獲得最多的太陽光照， 其光電轉換率可達到30％，遠遠超過國際空間站的15％。

我國的天宮空間站已于去年底全部“交房”，成為國家級太空實驗室。現在，“宮”里正在開展110 個空間科學研究與應用項目的實驗。

Part2 地上馳騁

中國速度看高鐵

什么是高鐵？

看到這個題目，你可能會覺得太簡單了。高鐵就是速度很快的鐵路唄！那動車也很快，它倆一樣嗎？

動車和高鐵不是一回事。高鐵是指高速鐵路系統，而動車是指“動力車輛”，也就是說車廂本身就能有動力。動車和高鐵的區別就是，高鐵每節車廂都有動力，而動車不一定；動車的運行速度達不到高鐵的要求，同時，動車也不會行駛在高鐵的專用客運路線上。簡單說，高鐵要比動車更快。

我們購買車票的時候，車次前面的字母是G，就是高鐵；車次前面的字母是D，就是動車。

我們為啥要造高鐵？

1964 年，隨著日本新干線鐵路建成并投入使用，高速鐵路進入了人們的視野。全球各國都意識到，商業運營高速鐵路將是鐵路未來發展的方向。于是，各國紛紛展開了相關研究。

到了1990 年，隨著技術的不斷進步，世界高速鐵路行車速度目標從原本的160 千米/ 小時提高到200 千米/ 小時以上，甚至有部分國家高速鐵路的列車試驗速度已超過400 千米/ 小時，可以說，高鐵時代不可阻擋地來臨了。

而在同一時期，中國的人口總數量已經達到了11 億，但當時全國擁有的鐵路總長度卻僅有5 300 多千米。全國70% 以上的貨物周轉和50% 以上的旅客周轉任務，都要壓在這5 300 多千米的鐵軌上。

我國中東部地區承擔了全國鐵路80% 的客運量，但是干線鐵路卻只有6 條，日均缺少客運列車220 余對，部分列車甚至超員100% 以上。不僅如此，當時全國的客運列車平均速度更是不到40 千米/ 小時。“車太少、人太多、速度慢得像蝸牛”是當時我國鐵路運輸的真實寫照，高速鐵路的發展迫在眉睫。

高鐵有多“高”？

根據我國的《高速鐵路設計規范》規定，我國高速鐵路的設計速度要在每小時250 千米以上，列車初期運行速度要在每小時200 千米以上，而且是“客運專線”。跑不到這個“及格線”，就不能算是“高鐵”。

中國高鐵之最

世界鐵路的商業運行速度最高是350千米/ 小時。那我國高鐵的最高運行速度能到多少呢？答案是486.1 千米/ 小時，算得上是“飛毛腿”了。這個紀錄是2010年12 月3 日在京滬高鐵棗莊至蚌埠試驗段創下的，跑出這個成績的是我國具有自主知識產權的CRH380A 高速動車組。在鐵路干線網方面， 我國正在從“四縱四橫”向“八縱八橫”延展，截至2023 年初，我國高鐵運營總里程達到了4.2 萬千米，居世界第一，占全球的2/3以上。

雪龍神拳破堅冰

我們都知道，南北極地區覆蓋著厚厚的冰雪，而且這些冰層可能已經存在幾十年甚至上百年了，它們成了科學家們探索極地不可逾越的大門。所以，我們需要一只過硬的“拳頭”來轟開這道門，極地破冰船就是我們的“拳頭”。

世界上第一艘極地破冰船名字叫作葉爾馬克號，1899 年由英國為俄國建成。我國在1912 年首次建造了通凌號破冰船和開凌號破冰船，排水量均為410 噸，功率為688 馬力。

到了1993 年，中國第三代極地破冰船和科學考察船雪龍號誕生，是由烏克蘭赫爾松船廠建造并按照中國的要求改造的。到此時為止，我國在極地科考重大裝備領域，還存在著空白。

時間來到了2019 年7 月，我國第一艘自主建造的極地科考破冰船雪龍2 號橫空出世，雪龍2 號總長約122.5 米，排水量近1.4 萬噸，最大寬度22.3 米，定員101 人。

雪龍2 號在航速為每小時12 海里的情況下，續航力在20 000 海里以上。這個距離，幾乎相當于從地球南極點到北極點跑一個來回。

跑得遠可不是雪龍2 號唯一的本事。要知道，雪龍2號是全球第一艘采用船艏（shǒu）、船艉（wěi）雙向破冰技術的極地科考破冰船。也就是說，它的“頭”能破冰，“尾巴”也能，這使得它能夠在1.5 米厚的冰環境中連續破冰航行。

而它配備的各種高精度的科考設備，能幫科學家完成海洋、大氣、生物、地質等多個領域的科考任務，是我們探索極地的強有力的幫手。

萬噸載重大力士

要把一段重達一萬噸的海底隧道的沉管鋼殼運走，有什么好辦法嗎？如果運送的是飛機、潛艇或者中型航母呢？你可能要發愁了，我們去哪兒找那么大的車啊？就算車的個頭夠大，那它的力氣夠不夠大呢？

別著急，接下來，向你介紹一位長相奇特的大力士，它叫作自行式模塊化運輸車，又叫SMPT 平板運輸車。乍一看，它的樣子就像是某位粗心的貨車司機沒扣好聯結裝置，只顧開著車頭跑，把車斗給落下了。事實并不是這樣，SMPT 平板運輸車本身長得就“沒頭沒尾”，像是一條金屬蜈蚣。

其實，SMPT 平板運輸車最早出現在歐洲，很多西方國家都曾經生產過它，并且創造過很多令人咋舌的紀錄。比如，搬運重達1.5 萬噸的金屬構件等。但是近些年來，我國在SMPT 平板運輸車的設計和制造方面取得了令人矚目的成就，并且，在某些方面已經領先于國際了。

我國的自行式模塊化運輸車個頭很大，它一共有1 152 個輪子，每個輪子的載重量在30 噸以上，總載重量在5 萬噸以上，擁有8 臺發動機，車輪可以自由組合。它的技術含量，絲毫不亞于火箭、潛艇等精密設備，算得上是又聰明、力氣又大的超級“變形金剛”了。

Part3 海里遨游

蛟龍探海顯國威

“深淵”的魔力科學界把深度6 500 米以下的海洋稱為“深淵”，海洋科學有一個單獨的分支叫“深淵科學”，就是研究這一深度以下海洋環境的綜合性學科。深淵科學是海洋科學的前沿陣地，可以幫我們詳細了解地球的過去和現在，深海探索對于我們來講有著非常重要的意義。

蛟龍號來了

載人潛水器大致可以分為兩種：一種叫作“載人探險型”，下潛能力強，但是活動范圍有限，就像一個潛入水中的電梯一樣，無法開展水下作業和研究，到了目標深度就得返回；而另一種叫作“載人作業型”，是具有水下作業能力的潛水器，能進行水下考察、海底勘探、海底開發和打撈、救生等任務。蛟龍號就屬于載人作業型潛水器。

早在2002 年，中國科技部就啟動了蛟龍號載人深潛器的自行設計、自主集成研制工作。從2009 年至2012 年，蛟龍號接連取得1 000 米級、3 000 米級、5 000 米級和7 000 米級海試成功。要知道，在蛟龍號7 000 米級海試成功之前，載人作業型潛水器的最大下潛深度紀錄是6 527 米，是由日本制造的深海6500 潛水器在1989 年創下的，這個紀錄足足保持了20 多年，才被蛟龍號打破。

在蛟龍號以前，我國曾經制造了十幾臺載人或無人潛水器，但在海試后都沒有投入使用，只有蛟龍號真正“游”在本期玩遍天下欄目中，有“大哥”南昌號驅逐艦的介紹，不要錯過！向了深海。

在過去，深海里幾乎聽不到來自中國的任何聲音。但現在已經不一樣了，蛟龍號的成功讓我國加入了國際深海發達國家的俱樂部。未來，我們必將成為一個在開發海洋、利用海洋、保護海洋、管控海洋方面擁有強大綜合實力的海洋強國。

護航功臣護衛艦威武霸氣“護衛艦”這個名字聽起來是不是十分威風？事實上，它也確實是海軍里的“帶刀護衛”，不光本領強大，而且適應性很強，相應的，需要承擔的任務也非常多。

護衛艦可以執行護航、反潛、防空、偵察、警戒巡邏、布雷、支援登陸和保障陸軍瀕海翼側等作戰任務，算得上是一個“多面手”。至于隨身武器，它要是亮出來很可能會讓你眼花繚亂：導彈、艦炮、深水炸彈、反潛魚雷……護衛艦也算是武裝到了牙齒。

在現代海軍編隊中，護衛艦和它的“大哥”驅逐艦相比，噸位及火力上稍遜一籌，相應的，遠洋作戰能力也弱一點。不過，大家可不要小看它，護衛艦作為傳統的海軍艦種，是目前各國建造數量最多、分布最廣、參戰機會最多的一種中型水面艦艇。

出身不凡

提到054B 護衛艦，就不能不提它的前身——054A 型和054 型護衛艦，其中，054 型是本級護衛艦的基本型號，是中國人民解放軍海軍第一代具有隱身外形和遠洋作戰能力的護衛艦，而作為054 型護衛艦的升級版，054A 型護衛艦的首艦徐州號于2006 年9 月30 日下水，2008 年正式服役。

054A 艦上反艦、防空和反潛武器配置均衡，擁有較強的區域防空和中遠程反艦能力，它的適航性與作戰能力都優于過去中國海軍的主力驅逐艦，截至目前，我國海軍擁有的054A 型護衛艦總數為37艘，它們是我軍執行遠洋作戰的重要力量。

后浪來也

2023 年8 月26 日晚，我國054B 型護衛艦首艦下水。和它的“大哥”054、“二哥”054A 相比，054B 個頭又大了一圈兒，滿載排水量在5 000 噸以上。這意味著054B 型護衛艦能夠搭載更多的設備、器材和武器裝備，同時機庫面積增大，可以帶著一架直升機出海巡視，這是之前的護衛艦和驅逐艦都做不到的。

054B 型護衛艦將跟隨054A 的腳步，乘風破浪，昂首挺胸地巡弋在祖國的蔚藍海疆，成為我們最可靠的守護者。

海上風電添利器海里的“風電場”你可能在遼闊的平原上見過高高聳立的白色風車，它們隨風轉動，晝夜不停，為千家萬戶送去溫暖和光明。在我國，風能蘊量巨大，根據計算，我國能夠開發利用的風能儲量大約有10 億千瓦，而陸地上的風能儲量大約有2.53 億千瓦。看到這里你一定覺得很納悶：剩下的那些風能儲量在哪里呢？

答案是：在海上。

海上風電場一般是指水深10 米左右的近海風電。與陸上的風電場相比，海上風電場不占用土地資源，也不受地形地貌影響，風速更高，風能資源更豐富，風電機組單機容量更大，年利用小時數更高，可以說，海上風電場是更為優質的風電場。

運維母船的重要性

隨著海上風電技術的發展，人類已經不滿足于僅“馴服”近海風能了。開發遠海風能成為我們下一步的目標，但隨之而來的是讓人撓頭的問題：如何維護它們？

海上風機是在現有陸地風機基礎上針對海上風環境進行適應性“海洋化”發展起來的，在海洋環境下，它要面對許多挑戰，這就要求必須有專業人員對它進行定期的維護。而傳統的海上交通船窗口期短、無法接續作業、往返次數多、效率低、惡劣海況適用性差，用來維護海上風電場實在是有些吃力。

在這種情況下，2023 年9 月16 日，我國也是亞洲的首批兩艘風電運維母船成功下水，兩艘船分別為100 人和60 人規格。能搭載100 人的風電運維母船船長93.4 米，型寬19 米，設計航速12.3 節；搭載60 人的風電運維母船船長72.76 米，型寬17.5 米，設計航速12 節，兩船自持力30 天以上，滿足無限航區要求。

有了它們的幫助，我們的海上風電場才能后顧無憂地為東部沿海城市輸送源源不斷的動力，因此，這兩艘運維母船也算得上是當之無愧的新型“國之重器”。

Part4 萬物互聯

國產超級計算機無處不在的計算機說起計算機，我們可都不陌生，正是得益于計算機的發明和應用，人類社會才得以以前所未有的速度發展。但是，隨著社會的進步，普通計算機和大型計算機已經無法滿足數據處理需求，于是，超級計算機（巨型計算機）應運而生。它運算速度更高、存儲容量更大、功能更完善。超級計算機每秒能運算5 000 萬次以上，在密集計算、海量數據處理等領域發揮著舉足輕重的作用。

超級計算機的十八般武藝看到這里，你可能會很好奇：哪些地方能用到密集計算和海量數據處理呢？超級計算機的用武之地到底多不多？接下來我們就來揭曉答案。

超級計算機可以揭示宇宙的演化過程；模擬核試驗，并預測大量接近使用壽命的核武器在何時會失效以及哪些部件需要更換；它還能對海量氣象數據進行實時處理、存儲、查詢、分析和統計，從而進行氣候模擬和天氣預報——這項工作，普通的計算機要計算幾百年才能完成；在地震模擬、海嘯危害預測、石油勘探、精準醫療和藥物開發等方面，超級計算機也都能夠發揮巨大的作用。

神威·太湖之光的“戰績”

神威·太湖之光超級計算機是由國家并行計算機工程技術研究中心研制，安裝在國家超級計算無錫中心的超級計算機。

看到它的一瞬間，你可能會覺得有點失望，因為它看上去并不怎么厲害。神威·太湖之光是由40 個運算機柜和8 個網絡機柜組成的，每個運算機柜比家用的雙門冰箱稍微大一，但是別小看這些“大號冰箱”，你要是拉開機柜門，就能看到計算機內安裝了40 960 個中國自主研發的申威26010 眾核處理器，這讓它的峰值性能達到了驚人的12.5 億億次/ 每秒。

2022 年，中國的神威·太湖之光在全球超級計算機500 強排名中位列前十。國產大飛機C919、天宮一號等國之重器的背后，都有神威·太湖之光的“超級腦力”支持。

改變生活的5G

什么是5G？5G 網絡（5G Network）是第五代移動通信網絡，和上一代4G 網絡相比，它的網絡傳輸速度快了10 倍以上，不光速度快，它的傳輸穩定性也更強。

我國一向重視5G 網絡的發展，截至2022 年7 月底，中國累計建成開通5G 基站196.8 萬個，5G 移動電話用戶達到4.75 億戶，比2021 年末凈增1.2億戶。可以自豪地說，我們已經建成了全球規模最大的5G 網絡。

5G 有什么用？

5G 網絡的產業應用場景有許多，它最大的特點之一就是時延性很低，只有一毫秒左右。舉個例子來說，在自動駕駛方面，時延性的高低對駕乘體驗影響極大。如果車輛在自動駕駛時突然遇到狀況需要急剎車，那么在時延很高的情況下，就非常容易出現意外，因為車子“反應不過來”。

再比如，有了5G 網絡，醫生可以坐在辦公室里為遠在千里外的患者做手術，這同樣得益于5G 網絡的低時延性。試想一下：如果手術過程中，患者出現了異常情況，可是醫生的指令卻無法傳輸過來，那后果就不堪設想了。

除此之外，5G 網絡可以幫助智能港口實現高度自動化和無人化，無人汽車、無人設備可以自動完成貨物的裝卸、轉運工作；智能礦山可以讓工人坐在辦公室里利用鼠標鍵盤完成挖煤的工作；效率大大提高，風險大大降低。

5G 網絡是我們不可缺少的國之重器，也是帶著我們飛向未來的翅膀。

（責任編輯：李睿嫻）