中國空間站“T”字基本構型效果圖。中國航天科技集團八院供圖

　　漫畫策劃：火箭青年可視化協同創新融合實驗（邱晨輝 董佳瑩 錢航）

　　10月31日，我國在文昌航天發射場成功將空間站基本構型最后一個艙體——夢天實驗艙送入太空，實驗艙順利進入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。

　　不到兩年時間，中國空間站三大艙體——天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙，陸續飛向太空，三者即將形成空間站“T”字基本構型，建成國家太空實驗室，舉世矚目。

　　天宮，亦名紫薇宮，是中國神話傳說中天帝居住的宮殿。九重天之上，仙島林立、氣象萬千。如今，中國人就要將其變為現實：在浩瀚星空與藍色地球之間，“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，隨著中國空間站新居的來訪，航天員將迎來“三室兩廳”的新世界。

　　“夢工場”解鎖出艙新體驗

　　此次發射的夢天實驗艙，是我國空間站建造階段的第二個實驗艙。先后發射的“問天”和“夢天”，看起來就像是孿生兄弟一般，它們之間到底有什么不同？夢天實驗艙又有哪些驚艷之處呢？

　　中國航天科技集團八院空間站系統副總師柏合民介紹，夢天實驗艙的艙體全長17.88米，直徑4.2米，發射質量約23噸，“夢天和問天兩個實驗艙‘長得很像’，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二致。”

　　具體來看，兩者的工作艙都位于最內側，通過對接機構與核心艙的節點艙相連。作為航天員在太空工作生活的主要區域，“問天”與“夢天”的工作艙內，均安裝了多臺科學實驗機柜。不過，在開展空間科學實驗方面，“兩兄弟”的能力和責任卻各有側重。

　　“從對人的支持來講，夢天實驗艙的定位是航天員工作的地方，因此沒有配置類似‘天和’‘問天’艙的睡眠區、衛生區。但三個艙段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。”柏合民說。

　　據他介紹，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；夢天實驗艙則主要面向微重力科學研究，配置了流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航天技術試驗等多學科方向的實驗柜。位于艙體尾端的資源艙，是夢天實驗艙的“能源倉庫”，資源艙上安裝的兩副巨大太陽翼，可通過持續旋轉、穩定對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出“兩兄弟”呢？柏合民說，主要還是在于工作艙與資源艙的中間部分，也就是氣閘艙的獨特構型上。問天實驗艙采用“外方內圓”的視覺效果，圓柱形氣閘艙外有個方形的外殼；而在夢天實驗艙的相同位置，則采用了“艙中艙”設計，這讓夢天實驗艙的體型看起來更加渾圓、流暢。

　　除了“身材”略有差異，“兩兄弟”的氣閘艙還各懷絕技。問天實驗艙的氣閘艙主要作為航天員出艙的主要通道；而夢天實驗艙的氣閘艙，則是一個專供貨物進出的重要樞紐。

　　“更形象地來說，如果將問天實驗艙的氣閘艙比作‘國際機場’，那么夢天實驗艙的氣閘艙就像是一座‘國際貨運港口’，承擔著空間站貨物、載荷等進出艙的任務，是空間站一項重要的能力創新。”柏合民說。

　　此前，我國在艙外開展科學試驗，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。因此，夢天實驗艙所獨具的載荷自動進出艙功能，將進一步提高空間站進行艙外載荷實（試）驗的能力和效率。在夢天實驗艙內，配置了一臺載荷轉移機構，可以穩定地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。

　　柏合民介紹，載荷轉移機構的運送能力能達到400公斤，單次運送貨物包絡可以達到1.15米×1.2米×0.9米，為貨物進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。”柏合民說。

　　他告訴中青報·中青網記者，立足“建站為應用”的宗旨，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，共同支持空間站開展更大規模的空間研究實驗和新技術試驗，打造空間技術應用研究“夢工場”，推動我國空間科學研究與應用邁向世界領先水平。

　　三型“翅膀”逐日向陽

　　隨著夢天實驗艙發射成功，中國空間站“T”字構型即將亮相于世人。其最醒目的標志，非空間站配置的大大小小不同的太陽翼莫屬了。

　　鮮為人知的是，助力我國空間站遨游太空的，是三種不同的“翅膀”：神舟載人飛船采用剛性太陽翼，天舟貨運飛船采用半剛性太陽翼，核心艙和兩個實驗艙采用柔性太陽翼，三款不同的太陽電池翼覆蓋了目前我國所有太陽翼的種類，撐起了空間站在軌運營的“能源擔當”。

　　中國航天科技集團八院空間站型號副總師王治易介紹，從1992年中國載人航天工程立項開始，八院便致力于為航天器打造穩定可靠的“翅膀”，截至目前，已經有28套剛性太陽翼、8套半剛性太陽翼以及6套柔性太陽翼翱翔太空，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、醫學等各類科學儀器需要工作，航天員的日常生活也離不開能源。傳統的剛性、半剛性太陽電池翼因其體積、重量、功率等因素的限制無法滿足這一需求，而柔性翼體積小、展開面積大、功率重量比高，比如實驗艙柔性翼全部收攏后厚度只有18厘米，與一部手機的長度相當，僅為剛性太陽翼的1/8。

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

　　“核心艙單個太陽翼展開的面積，相當于一個標準單打羽毛球場的大小，可以提供9千瓦的電能。”王治易說。

　　2022年，問天實驗艙和夢天實驗艙陸續成功發射，它們各配備了2套大型柔性太陽電池翼，單套太陽翼展開面積達到138平方米，單個功率高達18千瓦，4個這樣的太陽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，傳統剛性、半剛性太陽翼都是一次展開，在短短十幾秒內就完成所有動作；而大型柔性太陽電池翼卻首創了“二次展開”技術，整個過程持續80分鐘，這是為了確保交會對接這一關鍵動作的絕對安全。

　　以夢天實驗艙的太陽翼為例，交會對接過程中兩個數十噸級的航天器，以約7.9公里/秒的速度運動，需要精準地控制它們的位置、速度、姿態，才能保證可靠的對接，稍有偏差，航天器就會發生碰撞。

　　“如果太陽電池翼完全展開，實驗艙就好比兩只手各持一面巨大的帆，微小的抖動，都會導致實驗艙的速度、相對位置和飛行姿態的控制精度嚴重下降，控制難度指數級增加。”王治易說。

　　也因此，設計團隊突破了“二次展開”的關鍵技術，在實驗艙發射后的獨立飛行階段，柔性太陽電池翼首先展開一部分電池板以滿足實驗艙能量需求；在對接完成后，再次完成全展開，建立完整的能源系統。

　　王治易表示，在整個展開過程中，數節伸展機構依次向外推出，帶動太陽翼向外展開，像是一架被緩緩拉開的手風琴，在宇宙中奏響它的美妙樂章。

　　勾畫中國空間站未來

　　“夢天”啟程太空，還搭載了一些重要的先進裝置。中國航天科技集團八院空間站夢天實驗艙總體副主任設計師孟瑤介紹，這些裝置在夢天艙上作用不一，無論是太空智能家居的實現應用，還是諸多科學裝置的搭載使用，它們一道勾畫著中國空間站的未來。

　　比如，待三艙合一后，空間站將升級為“三室兩廳”，豪華的房子需要智能家居來匹配。夢天實驗艙搭載的話音設備，可以與核心艙、問天實驗艙、載人飛船、貨運飛船組建多艙段語音傳輸系統。不管航天員在“三室兩廳”的何處，高效便捷的話音設備都能讓他們實時對話，按需群聊、私聊。

　　孟瑤介紹，多場景暢聊無阻無卡頓，離不開話音設備配備的12個軟件。實時處理近30路鏈路數據，精準設定單個或多個通話對象，讓航天員在太空家園的各個角落，“站”里“站”外，都可以邊聽音樂邊聊天；利用空間站WiFi可以無線聊天，堪比語音通話，多艙段、多鏈路實時語音技術，讓太空與地球實現了通話自由。

　　“三艙合一，使得空間站的高速通信設備增加到了3臺，從‘單打獨斗’變為‘互為備份’，再到‘鐵三角隊形’。空間站的數據處理和傳輸能力將再度提高。”孟瑤說。

　　她告訴記者，如果說沒有高速通信的時代是90年代的水泥馬路，有了高速通信的核心艙是城市快速路，帶上高速通信的問天實驗艙是交叉的南北高架，那么組隊后的夢天試驗艙，三臺高速通信機的公路配置，可以說組成了高速公路網絡，不但路面寬、路基好，而且道路網絡四通八達，上下匝道分配合理，交通指揮安全科學，即使一臺機器失效，另外兩臺都可接力續航、協同工作，從而實現空間站數據傳輸的高可靠性。

　　此外，夢天艙應用了X射線透射成像系統，作為空間站材料實時觀察實驗主載荷，該系統也是世界第一臺在載人航天器中使用X射線透射成像原理進行實驗的科學裝置。孟瑤介紹，它將在資源與空間受限的情況下，實現X射線的完全屏蔽，是具有歷史意義的科學裝置。

　　夢天實驗艙還為立方星、微衛星等實現“太空旅游”提供了“VIP包廂”，這就是微小飛行器釋放機構。有了這個機構，我國空間站可化身為“太空驛站”，為立方星、微衛星的釋放提供最前沿的出發地。

　　通常情況下，釋放機構以組件形式收納在艙內，當需要執行釋放小衛星任務時，航天員可以按照立方星的規格進行在軌組裝。“包廂”單次最大載客量為36U立方星或百公斤級微衛星。立方星安裝完成后，“包廂”搭乘載荷轉移機構轉移到艙外。

　　隨后，艙外機械臂抓取釋放機構，并調整釋放機構的姿態，當轉移到立方星或微衛星的發射方向時，釋放機構就像彈弓一樣，把小衛星依次以規定的速度彈射出去，讓衛星既穩當、又安全地開始太空旅程。

　　柏合民說，夢天實驗艙的發射成功，是航天系統工程規律的又一成功應用。研制時的萬千試驗磨煉，入軌前后層出不窮黑科技保障，未來運行后先進的科學實驗儀器，這些都一同造就了“夢天”。

　　從“天和”到“問天”，從“問天”到“夢天”，頭頂的那片天上，中國有了屬于自己的定居所。

　　中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報