中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型效果圖。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院供圖

　　漫畫(huà)策劃：火箭青年可視化協(xié)同創(chuàng)新融合實(shí)驗(yàn)（邱晨輝 董佳瑩 錢(qián)航）

　　10月31日，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功將空間站基本構(gòu)型最后一個(gè)艙體——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙送入太空，實(shí)驗(yàn)艙順利進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)獲得圓滿成功。

　　不到兩年時(shí)間，中國(guó)空間站三大艙體——天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，陸續(xù)飛向太空，三者即將形成空間站“T”字基本構(gòu)型，建成國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，舉世矚目。

　　天宮，亦名紫薇宮，是中國(guó)神話傳說(shuō)中天帝居住的宮殿。九重天之上，仙島林立、氣象萬(wàn)千。如今，中國(guó)人就要將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)：在浩瀚星空與藍(lán)色地球之間，“天宮”緩緩飛行，中華兒女漫步太空，自信的身影映照著人類科技的光輝。

　　眼下，隨著中國(guó)空間站新居的來(lái)訪，航天員將迎來(lái)“三室兩廳”的新世界。

　　“夢(mèng)工場(chǎng)”解鎖出艙新體驗(yàn)

　　此次發(fā)射的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，是我國(guó)空間站建造階段的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)艙。先后發(fā)射的“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”，看起來(lái)就像是孿生兄弟一般，它們之間到底有什么不同？夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙又有哪些驚艷之處呢？

　　中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站系統(tǒng)副總師柏合民介紹，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的艙體全長(zhǎng)17.88米，直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量約23噸，“夢(mèng)天和問(wèn)天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙‘長(zhǎng)得很像’，在艙段的組成上，都擁有工作艙、氣閘艙和資源艙，特別是‘兩兄弟’的工作艙和資源艙的造型幾乎別無(wú)二致?！?/p>

　　具體來(lái)看，兩者的工作艙都位于最內(nèi)側(cè)，通過(guò)對(duì)接機(jī)構(gòu)與核心艙的節(jié)點(diǎn)艙相連。作為航天員在太空工作生活的主要區(qū)域，“問(wèn)天”與“夢(mèng)天”的工作艙內(nèi)，均安裝了多臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜。不過(guò)，在開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，“兩兄弟”的能力和責(zé)任卻各有側(cè)重。

　　“從對(duì)人的支持來(lái)講，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的定位是航天員工作的地方，因此沒(méi)有配置類似‘天和’‘問(wèn)天’艙的睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。但三個(gè)艙段均配置有航天員的鍛煉設(shè)備，夢(mèng)天艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房的劃船機(jī)?！卑睾厦裾f(shuō)。

　　據(jù)他介紹，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)研究，配置了生命生態(tài)、生物技術(shù)和變重力科學(xué)等實(shí)驗(yàn)柜；夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則主要面向微重力科學(xué)研究，配置了流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗(yàn)等多學(xué)科方向的實(shí)驗(yàn)柜。位于艙體尾端的資源艙，是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的“能源倉(cāng)庫(kù)”，資源艙上安裝的兩副巨大太陽(yáng)翼，可通過(guò)持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對(duì)日為空間站提供充足的能源支持。

　　那么，如何從外形上快速辨認(rèn)出“兩兄弟”呢？柏合民說(shuō)，主要還是在于工作艙與資源艙的中間部分，也就是氣閘艙的獨(dú)特構(gòu)型上。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙采用“外方內(nèi)圓”的視覺(jué)效果，圓柱形氣閘艙外有個(gè)方形的外殼；而在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的相同位置，則采用了“艙中艙”設(shè)計(jì)，這讓夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的體型看起來(lái)更加渾圓、流暢。

　　除了“身材”略有差異，“兩兄弟”的氣閘艙還各懷絕技。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙主要作為航天員出艙的主要通道；而夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙，則是一個(gè)專供貨物進(jìn)出的重要樞紐。

　　“更形象地來(lái)說(shuō)，如果將問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙比作‘國(guó)際機(jī)場(chǎng)’，那么夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙就像是一座‘國(guó)際貨運(yùn)港口’，承擔(dān)著空間站貨物、載荷等進(jìn)出艙的任務(wù)，是空間站一項(xiàng)重要的能力創(chuàng)新?！卑睾厦裾f(shuō)。

　　此前，我國(guó)在艙外開(kāi)展科學(xué)試驗(yàn)，需要航天員出艙進(jìn)行安裝作業(yè)，但這種方式會(huì)受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制。因此，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙所獨(dú)具的載荷自動(dòng)進(jìn)出艙功能，將進(jìn)一步提高空間站進(jìn)行艙外載荷實(shí)（試）驗(yàn)的能力和效率。在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，配置了一臺(tái)載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定地執(zhí)行將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)至艙內(nèi)的任務(wù)。

　　柏合民介紹，載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的運(yùn)送能力能達(dá)到400公斤，單次運(yùn)送貨物包絡(luò)可以達(dá)到1.15米×1.2米×0.9米，為貨物進(jìn)出打造了一條寬闊的通路。

　　“這與航天員‘帶貨出艙’的方式相比，貨物出艙能力得到了進(jìn)一步提升，還為在軌工作生活的航天員‘減負(fù)’，以便他們將更多的時(shí)間精力用于開(kāi)展艙內(nèi)各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。”柏合民說(shuō)。

　　他告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，立足“建站為應(yīng)用”的宗旨，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在軌組裝完成后，將與空間站其他兩艙實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，共同支持空間站開(kāi)展更大規(guī)模的空間研究實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢(mèng)工場(chǎng)”，推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)研究與應(yīng)用邁向世界領(lǐng)先水平。

　　三型“翅膀”逐日向陽(yáng)

　　隨著夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功，中國(guó)空間站“T”字構(gòu)型即將亮相于世人。其最醒目的標(biāo)志，非空間站配置的大大小小不同的太陽(yáng)翼莫屬了。

　　鮮為人知的是，助力我國(guó)空間站遨游太空的，是三種不同的“翅膀”：神舟載人飛船采用剛性太陽(yáng)翼，天舟貨運(yùn)飛船采用半剛性太陽(yáng)翼，核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙采用柔性太陽(yáng)翼，三款不同的太陽(yáng)電池翼覆蓋了目前我國(guó)所有太陽(yáng)翼的種類，撐起了空間站在軌運(yùn)營(yíng)的“能源擔(dān)當(dāng)”。

　　中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站型號(hào)副總師王治易介紹，從1992年中國(guó)載人航天工程立項(xiàng)開(kāi)始，八院便致力于為航天器打造穩(wěn)定可靠的“翅膀”，截至目前，已經(jīng)有28套剛性太陽(yáng)翼、8套半剛性太陽(yáng)翼以及6套柔性太陽(yáng)翼翱翔太空，為載人航天工程提供源源不斷的能源。

　　他告訴記者，空間站上搭載的天文、地理、生物、醫(yī)學(xué)等各類科學(xué)儀器需要工作，航天員的日常生活也離不開(kāi)能源。傳統(tǒng)的剛性、半剛性太陽(yáng)電池翼因其體積、重量、功率等因素的限制無(wú)法滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開(kāi)面積大、功率重量比高，比如實(shí)驗(yàn)艙柔性翼全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機(jī)的長(zhǎng)度相當(dāng)，僅為剛性太陽(yáng)翼的1/8。

　　2021年4月，我國(guó)空間站的“第一塊積木”天和核心艙率先就位，陽(yáng)光下熠熠生輝的“天和之翼”抓人眼球，這是為我國(guó)空間站打造的首個(gè)大面積可展收柔性太陽(yáng)翼。

　　“核心艙單個(gè)太陽(yáng)翼展開(kāi)的面積，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單打羽毛球場(chǎng)的大小，可以提供9千瓦的電能?！蓖踔我渍f(shuō)。

　　2022年，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙陸續(xù)成功發(fā)射，它們各配備了2套大型柔性太陽(yáng)電池翼，單套太陽(yáng)翼展開(kāi)面積達(dá)到138平方米，單個(gè)功率高達(dá)18千瓦，4個(gè)這樣的太陽(yáng)電池翼就能提供空間站建成后三艙組合體80%的能量。

　　值得一提的是，傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽(yáng)翼都是一次展開(kāi)，在短短十幾秒內(nèi)就完成所有動(dòng)作；而大型柔性太陽(yáng)電池翼卻首創(chuàng)了“二次展開(kāi)”技術(shù)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)80分鐘，這是為了確保交會(huì)對(duì)接這一關(guān)鍵動(dòng)作的絕對(duì)安全。

　　以夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的太陽(yáng)翼為例，交會(huì)對(duì)接過(guò)程中兩個(gè)數(shù)十噸級(jí)的航天器，以約7.9公里/秒的速度運(yùn)動(dòng)，需要精準(zhǔn)地控制它們的位置、速度、姿態(tài)，才能保證可靠的對(duì)接，稍有偏差，航天器就會(huì)發(fā)生碰撞。

　　“如果太陽(yáng)電池翼完全展開(kāi)，實(shí)驗(yàn)艙就好比兩只手各持一面巨大的帆，微小的抖動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)艙的速度、相對(duì)位置和飛行姿態(tài)的控制精度嚴(yán)重下降，控制難度指數(shù)級(jí)增加?！蓖踔我渍f(shuō)。

　　也因此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)突破了“二次展開(kāi)”的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后的獨(dú)立飛行階段，柔性太陽(yáng)電池翼首先展開(kāi)一部分電池板以滿足實(shí)驗(yàn)艙能量需求；在對(duì)接完成后，再次完成全展開(kāi)，建立完整的能源系統(tǒng)。

　　王治易表示，在整個(gè)展開(kāi)過(guò)程中，數(shù)節(jié)伸展機(jī)構(gòu)依次向外推出，帶動(dòng)太陽(yáng)翼向外展開(kāi)，像是一架被緩緩拉開(kāi)的手風(fēng)琴，在宇宙中奏響它的美妙樂(lè)章。

　　勾畫(huà)中國(guó)空間站未來(lái)

　　“夢(mèng)天”啟程太空，還搭載了一些重要的先進(jìn)裝置。中國(guó)航天科技集團(tuán)八院空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙總體副主任設(shè)計(jì)師孟瑤介紹，這些裝置在夢(mèng)天艙上作用不一，無(wú)論是太空智能家居的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，還是諸多科學(xué)裝置的搭載使用，它們一道勾畫(huà)著中國(guó)空間站的未來(lái)。

　　比如，待三艙合一后，空間站將升級(jí)為“三室兩廳”，豪華的房子需要智能家居來(lái)匹配。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙搭載的話音設(shè)備，可以與核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船、貨運(yùn)飛船組建多艙段語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)。不管航天員在“三室兩廳”的何處，高效便捷的話音設(shè)備都能讓他們實(shí)時(shí)對(duì)話，按需群聊、私聊。

　　孟瑤介紹，多場(chǎng)景暢聊無(wú)阻無(wú)卡頓，離不開(kāi)話音設(shè)備配備的12個(gè)軟件。實(shí)時(shí)處理近30路鏈路數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)設(shè)定單個(gè)或多個(gè)通話對(duì)象，讓航天員在太空家園的各個(gè)角落，“站”里“站”外，都可以邊聽(tīng)音樂(lè)邊聊天；利用空間站W(wǎng)iFi可以無(wú)線聊天，堪比語(yǔ)音通話，多艙段、多鏈路實(shí)時(shí)語(yǔ)音技術(shù)，讓太空與地球?qū)崿F(xiàn)了通話自由。

　　“三艙合一，使得空間站的高速通信設(shè)備增加到了3臺(tái)，從‘單打獨(dú)斗’變?yōu)椤閭浞荨?，再到‘鐵三角隊(duì)形’?？臻g站的數(shù)據(jù)處理和傳輸能力將再度提高?！泵犀幷f(shuō)。

　　她告訴記者，如果說(shuō)沒(méi)有高速通信的時(shí)代是90年代的水泥馬路，有了高速通信的核心艙是城市快速路，帶上高速通信的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙是交叉的南北高架，那么組隊(duì)后的夢(mèng)天試驗(yàn)艙，三臺(tái)高速通信機(jī)的公路配置，可以說(shuō)組成了高速公路網(wǎng)絡(luò)，不但路面寬、路基好，而且道路網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，上下匝道分配合理，交通指揮安全科學(xué)，即使一臺(tái)機(jī)器失效，另外兩臺(tái)都可接力續(xù)航、協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)空間站數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

　　此外，夢(mèng)天艙應(yīng)用了X射線透射成像系統(tǒng)，作為空間站材料實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)主載荷，該系統(tǒng)也是世界第一臺(tái)在載人航天器中使用X射線透射成像原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)裝置。孟瑤介紹，它將在資源與空間受限的情況下，實(shí)現(xiàn)X射線的完全屏蔽，是具有歷史意義的科學(xué)裝置。

　　夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙還為立方星、微衛(wèi)星等實(shí)現(xiàn)“太空旅游”提供了“VIP包廂”，這就是微小飛行器釋放機(jī)構(gòu)。有了這個(gè)機(jī)構(gòu)，我國(guó)空間站可化身為“太空驛站”，為立方星、微衛(wèi)星的釋放提供最前沿的出發(fā)地。

　　通常情況下，釋放機(jī)構(gòu)以組件形式收納在艙內(nèi)，當(dāng)需要執(zhí)行釋放小衛(wèi)星任務(wù)時(shí)，航天員可以按照立方星的規(guī)格進(jìn)行在軌組裝?！鞍鼛眴未巫畲筝d客量為36U立方星或百公斤級(jí)微衛(wèi)星。立方星安裝完成后，“包廂”搭乘載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到艙外。

　　隨后，艙外機(jī)械臂抓取釋放機(jī)構(gòu)，并調(diào)整釋放機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)移到立方星或微衛(wèi)星的發(fā)射方向時(shí)，釋放機(jī)構(gòu)就像彈弓一樣，把小衛(wèi)星依次以規(guī)定的速度彈射出去，讓衛(wèi)星既穩(wěn)當(dāng)、又安全地開(kāi)始太空旅程。

　　柏合民說(shuō)，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射成功，是航天系統(tǒng)工程規(guī)律的又一成功應(yīng)用。研制時(shí)的萬(wàn)千試驗(yàn)?zāi)?，入軌前后層出不窮黑科技保障，未來(lái)運(yùn)行后先進(jìn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，這些都一同造就了“夢(mèng)天”。

　　從“天和”到“問(wèn)天”，從“問(wèn)天”到“夢(mèng)天”，頭頂?shù)哪瞧焐?，中?guó)有了屬于自己的定居所。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)