11月3日上午9時(shí)32分，在我們頭頂約400公里的太空，中國空間站迎來了歷史性的時(shí)刻，天和、問天、夢(mèng)天三艙組合體形成了“T”字構(gòu)型，中國空間站基本構(gòu)型自此全部組裝完成。從去年4月29日天和核心艙發(fā)射升空開始單艙飛行，到今年問天實(shí)驗(yàn)艙升空并成功對(duì)接、轉(zhuǎn)位，再到今天夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位成功，中國空間站三個(gè)20噸級(jí)的大艙段全部到位，航天員們迎來了“三室兩廳”的生活工作空間，完成基本構(gòu)型的中國空間站也將迎來測(cè)試和評(píng)估的忙碌時(shí)光。

11月3日上午，在距離地面約400公里的太空軌道上，中國空間站即將開始建造“T”字型構(gòu)造的最后一步。兩天前對(duì)接成功的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將從天和核心艙的前向?qū)涌诜蛛x，轉(zhuǎn)位至核心艙的側(cè)向停泊口。

夢(mèng)天艙是中國空間站三艙組合體的最后一個(gè)艙段。在此之前，天和核心艙和問天實(shí)驗(yàn)艙都已經(jīng)成功進(jìn)入軌道并形成了兩艙組合體在軌飛行。

【資料圖】

隨著空間站構(gòu)型逐漸完整，任務(wù)的復(fù)雜度也越來越高，難度越來越大，夢(mèng)天艙此次任務(wù)從發(fā)射階段開始，對(duì)時(shí)間和精度的要求就是三艙中最高的。

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心副主任毛萬標(biāo)：“這次零窗口發(fā)射的要求比前面的更高，主要是空間站的構(gòu)型不一樣，是一個(gè)L型，不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，調(diào)相的能力相對(duì)來說比較弱一些，這就需要我們很準(zhǔn)時(shí)地把航天器打上去。我們這次形成了一百多份預(yù)案，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都可控。”

成功發(fā)射，精準(zhǔn)入軌，為夢(mèng)天艙與空間站組合體交會(huì)對(duì)接提供了良好的基礎(chǔ)。在夢(mèng)天艙發(fā)射前，空間站組合體就已經(jīng)完成了一次180度的調(diào)頭，前向?qū)涌诔蛄藟?mèng)天艙趕上來的方向，11月1日凌晨4點(diǎn)27分，夢(mèng)天艙成功對(duì)接在了組合體的前向?qū)涌?，整個(gè)交會(huì)對(duì)接過程歷時(shí)大約13個(gè)小時(shí)。而夢(mèng)天艙最后的轉(zhuǎn)位，是整個(gè)空間站基本構(gòu)型組裝過程中最復(fù)雜的任務(wù)之一。

北京航天飛行控制中心空間站任務(wù)總工程師孫軍：“涉及到了多個(gè)艙段和多條飛船貨船的協(xié)同組合控制，在實(shí)施過程中我們都要考慮到影響實(shí)施的各個(gè)因素，包括測(cè)控條件、軌道的條件，還有能源約束、光照條件等等?！?/p>

航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師柏林厚：“我們有兩套轉(zhuǎn)位方案。第一套轉(zhuǎn)位工具叫轉(zhuǎn)臂，就是一根兩自由度的轉(zhuǎn)位的桿子；第二個(gè)是機(jī)械臂，如果轉(zhuǎn)臂在轉(zhuǎn)位過程中出現(xiàn)了問題，可以用機(jī)械臂去接手，再完成后續(xù)的轉(zhuǎn)位任務(wù)。機(jī)械臂除了作為備份手段，還有一個(gè)很重要的用途，因?yàn)闄C(jī)械臂上有攝像機(jī)，利用它的攝像機(jī)可以監(jiān)視整個(gè)轉(zhuǎn)位過程，讓地面監(jiān)視人員清楚看到轉(zhuǎn)位過程到哪一步了，有沒有出現(xiàn)問題?！?/p>

在空間站所在的太空軌道，重力影響微乎其微，但是要把近18米長(zhǎng)、23噸重的夢(mèng)天艙在太空精準(zhǔn)轉(zhuǎn)上90度，到達(dá)指定位置，也是一件非常困難的事情。為此，夢(mèng)天艙特地?cái)y帶了專門的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，像是一個(gè)手臂，緊緊抓住核心艙后，開始帶動(dòng)夢(mèng)天艙轉(zhuǎn)動(dòng)。

柏林厚：“這里面有一個(gè)需要解決的問題，就是不能夠在轉(zhuǎn)位過程中損壞轉(zhuǎn)臂。這就要求整個(gè)轉(zhuǎn)位過程中無論是核心艙還是問天艙或者是夢(mèng)天艙，它的姿態(tài)都不能啟控，也就是說姿態(tài)要處于停控的狀態(tài)?！?/p>

在正常的飛行狀態(tài)下，地面會(huì)實(shí)時(shí)調(diào)整空間站的飛行姿態(tài)，保證飛行安全，但是一旦姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，就可能給正在工作的轉(zhuǎn)臂施加干擾。因此轉(zhuǎn)位時(shí)，地面將暫?？刂瓶臻g站的飛行姿態(tài)，此時(shí)它就像是自己在太空中飛行的風(fēng)箏，要確保組合體和航天員的安全，就要保證測(cè)控這根看不見的風(fēng)箏線不能斷線。

柏林厚：“為了解決這個(gè)問題，要能預(yù)測(cè)出來整個(gè)組合體姿態(tài)漂移的情況，建立整個(gè)空間站的數(shù)字模型，利用模型做動(dòng)力學(xué)仿真，停了以后應(yīng)該怎么轉(zhuǎn)？根據(jù)轉(zhuǎn)的軌跡或者轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，還可以實(shí)現(xiàn)跟蹤、控制?！?/p>

夢(mèng)天艙到位后，在中國空間站“T”字構(gòu)型的兩端，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙就像是一雙翅膀。和此前已經(jīng)到位的問天艙相比，夢(mèng)天艙的長(zhǎng)度和它基本一致，外形看起來相差不大，一共有三個(gè)艙，分別是載荷艙、工作艙和資源艙，但是在艙體里面還別有洞天，包含著第四個(gè)艙段。

航天科技集團(tuán)八院空間站系統(tǒng)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙主任設(shè)計(jì)師樊萍：“實(shí)際上它是一個(gè)艙中艙的結(jié)構(gòu)，有一個(gè)貨物氣閘艙是隱藏在載荷艙里面的，我們把它形象地稱為‘套娃’?！?/p>

這樣獨(dú)特的設(shè)計(jì)是緊緊圍繞夢(mèng)天艙的科學(xué)實(shí)驗(yàn)屬性來進(jìn)行的。

樊萍：“夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙我覺得它是比較獨(dú)特的，專注于做實(shí)驗(yàn)的艙段，可以說是空間站三艙專門的工作室。在艙內(nèi)它帶了13個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜，在艙外也布置有37個(gè)載荷暴露平臺(tái)（工位），將來會(huì)有更多的載荷進(jìn)行艙外暴露載荷試驗(yàn)。”

此前，問天艙上也設(shè)計(jì)了22個(gè)艙外載荷點(diǎn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙加起來，一共可以放置近60個(gè)艙外載荷，如果每次都靠航天員出艙放置和回收，會(huì)給它們帶來很大的負(fù)擔(dān)。這個(gè)套在夢(mèng)天艙載荷艙內(nèi)的貨物氣閘艙就是為了實(shí)現(xiàn)貨物自主進(jìn)出專門設(shè)計(jì)的。只要貨物氣閘艙分別打開內(nèi)艙門和外艙門，就可以通過載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂來實(shí)現(xiàn)貨物在艙內(nèi)外的進(jìn)出。

航天科技集團(tuán)八院空間站項(xiàng)目辦計(jì)劃經(jīng)理劉慧穎：“航天員在工作艙內(nèi)穿著艙內(nèi)航天服就可以非常靈巧地把載荷裝載在上面。裝載上去以后，自動(dòng)地讓它伸出去，會(huì)有一個(gè)靈巧的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)90度，就伸出載荷艙大肚子了。這樣可以讓艙外的機(jī)械臂來接力干活，把它放到要去的點(diǎn)位，我們?cè)O(shè)計(jì)的可以有400公斤以上，長(zhǎng)寬高可以達(dá)到一米二，大一點(diǎn)的載荷，不適合航天員攜帶的載荷，都可以從這兒自動(dòng)地進(jìn)出艙。”

夢(mèng)天艙內(nèi)的大容量，也為我國空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究提供了更好的平臺(tái)。三個(gè)月前跟隨問天艙升空的實(shí)驗(yàn)機(jī)柜中，太空種植的水稻已經(jīng)開始結(jié)穗。這次又有9個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和一個(gè)共用機(jī)柜跟隨夢(mèng)天艙升空。與此前更多聚焦生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)的問天艙相比，夢(mèng)天艙將開展更多領(lǐng)域、更多類型的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

中科院空間應(yīng)用中心研究員張璐：“夢(mèng)天艙是三艙里面實(shí)驗(yàn)柜（支持科學(xué)實(shí)驗(yàn)）類型最多、數(shù)量最多的，包括微重力物理的、兩相流的，微重力流體物理的，微重力燃燒科學(xué)的三個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。同樣在夢(mèng)天艙也放了一個(gè)材料科學(xué)的，叫高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，來進(jìn)行一些材料科學(xué)的研究。同時(shí)還有兩個(gè)關(guān)于基礎(chǔ)物理方面，一個(gè)超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜，還有世界上在軌最高精度時(shí)頻系統(tǒng)，可以支持天地時(shí)間比對(duì)，包括天基授時(shí)，甚至對(duì)于未來遠(yuǎn)景的太空旅行可以有很好的時(shí)間基準(zhǔn)?！?/p>

夢(mèng)天艙的實(shí)驗(yàn)雖然側(cè)重空間科學(xué)基礎(chǔ)研究，但是在研究基礎(chǔ)理論的同時(shí)，科學(xué)家們也希望能盡快讓研究成果投入應(yīng)用。比如，聽起來似乎很陌生的兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜，就是研究液體加熱后蒸發(fā)、遇冷后凝結(jié)這樣的現(xiàn)象在太空中會(huì)有哪些變化，這些研究結(jié)果將對(duì)后續(xù)的航天工程有很大意義。

中科院力學(xué)研究所、兩相實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉秋生：“很多地面的設(shè)備其實(shí)都是兩相系統(tǒng)。像咱們冰箱里邊的氟利昂、制冷劑，像空間站的冰箱、空間站的制冷、空間站的生保系統(tǒng)管理、空氣調(diào)節(jié)器等等這些都需要這個(gè)。所以我們研究的目的也就是為了了解它的特殊規(guī)律，與地面的不同，這些都是將來直接針對(duì)空間站，或者是載人、探月，在微重力環(huán)境下熱設(shè)備的研發(fā)。”

這個(gè)兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜的柜體表面布設(shè)了許多管線，在實(shí)驗(yàn)過程中，航天員需要經(jīng)常插拔，來更換實(shí)驗(yàn)氣體或液體。為了保證航天員的安全和實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮到了每一個(gè)細(xì)節(jié)。

從天和升空到夢(mèng)天升空，中國空間站在軌運(yùn)行時(shí)間越來越長(zhǎng)，一些設(shè)備零部件和實(shí)驗(yàn)?zāi)K也需要在軌進(jìn)行更換和維修。此次夢(mèng)天艙還專門搭載了一臺(tái)在線維修裝調(diào)操作柜，為在軌實(shí)驗(yàn)和空間站飛行提供更可靠的保障。

中科院空間應(yīng)用中心、在線維修裝調(diào)操作柜主管設(shè)計(jì)師王輔輔：“它就是空間站應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)操作工廠，以及實(shí)驗(yàn)室。在線柜里面有一個(gè)機(jī)械臂，這個(gè)機(jī)械臂是0.1毫米操作精度的七自由度機(jī)械臂，可以通過遙操作實(shí)現(xiàn)多種精細(xì)操作，并且可以協(xié)助航天員進(jìn)行多種操作任務(wù)?！?/p>

相比其他實(shí)驗(yàn)柜，在線維修裝調(diào)柜并不僅僅為某一類科學(xué)研究服務(wù)。它為航天員提供了整個(gè)空間站最大的密閉空間，既可以維修裝配大型零部件，也擅長(zhǎng)對(duì)各類實(shí)驗(yàn)的最終材料進(jìn)行無害化處理。

王輔輔說：“我們定義就是臟活累活，比如像各種廢氣廢液廢渣，在里面處理完之后就可以把廢氣廢液和固體廢棄物通過吸附給吸附到下面幾個(gè)過濾筒，打開柜門的時(shí)候就不會(huì)對(duì)空間站造成污染。”

現(xiàn)在，中國空間站“T”字型三艙組合體已經(jīng)建成，國家太空實(shí)驗(yàn)室大規(guī)模的科學(xué)研究即將開啟。在未來十年乃至更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，這些實(shí)驗(yàn)柜將不斷更換實(shí)驗(yàn)?zāi)K，甚至替換新的實(shí)驗(yàn)柜，為更多的空間研究提供條件。

張璐：“目前看到所有實(shí)驗(yàn)柜都是可以迭代升級(jí)的，我們留的大量標(biāo)準(zhǔn)的接口，這個(gè)實(shí)驗(yàn)柜做了五年、十年以后，能夠做的研究項(xiàng)目都已經(jīng)結(jié)束了。完全可以有一些更新的、沒有涉足到的或者國際前沿的實(shí)驗(yàn)柜再裝到這個(gè)柜子里面。如果可以的話，比如10年20年時(shí)間，能夠?qū)⑦@些科研成果轉(zhuǎn)化到地面應(yīng)用，包括醫(yī)學(xué)制藥研究、材料科學(xué)，有特種材料或者新型材料能夠去改變生活，能夠讓咱們的生活越來越好，越來越幸福。”

夢(mèng)天到站，中國空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成。今天下午，神舟十四號(hào)航天員乘組已經(jīng)進(jìn)入夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙。接下來，他們將迎來一個(gè)忙碌的階段。在對(duì)夢(mèng)天艙初步整理后，陳冬、劉洋和蔡旭哲三名航天員將在這個(gè)“三室二廳”里迎接后面即將到來的神十五航天員。后續(xù)中國空間站轉(zhuǎn)入運(yùn)營階段。航天夢(mèng)，強(qiáng)國夢(mèng)。黨的二十大報(bào)告提出了加快建設(shè)航天強(qiáng)國的目標(biāo)任務(wù)。中國航天，萬眾期待。

關(guān)鍵詞： 中國空間站 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 兩相系統(tǒng)