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天宫空间站——太空闪耀中国智慧

admin2022-03-04 05:50 534人已围观

简介天宫空间站——太空闪耀中国智慧

　　制图：赵偲汝

　　9月17日，神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，执行飞行任务的3名航天员顺利出舱。此前，他们在空间站组合体工作生活了90天。今年4月29日，中国空间站首个航天器——天和核心舱从海南文昌发射场发射入轨。核心舱的成功发射，标志着我国正式拉开空间站建造的大幕，中国载人航天进入“空间站时代”。

　　天和核心舱发射任务成功，习近平总书记在贺电中指出，建造空间站、建成国家太空实验室，是实现我国载人航天工程“三步走”战略的重要目标，是建设科技强国、航天强国的重要引领性工程。

　　开启中国载人航天“空间站时代”

　　中国空间站名为“天宫”，是一个长期在近地轨道运行的空间实验室。这个极具中国韵味的名字，不仅蕴含了希望航天员在太空工作生活得更为舒适的愿望，更寄寓着中国人遨游太空的浪漫情怀和不懈探索的精神。

　　“天宫”由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱组成，提供三个对接口，支持载人飞船、货运飞船及其他来访航天器的对接和停靠。它运行在高度340公里至450公里的近圆轨道，约每90分钟绕地球一周。在客观条件允许的情况下，人们在地球上可以通过观测设备一睹其“芳容”。三舱组合体质量约68.5吨，额定乘员3人，乘员轮换期间短期可达6人。组建完成后，空间站设计寿命为在轨运行不小于10年，具有通过维护维修延长使用寿命的能力，并具备一定扩展能力。

　　中国空间站建造分为三个阶段：空间站关键技术验证阶段、组装建造阶段和运营阶段。在关键技术验证阶段，发射试验核心舱、载人飞船和货运飞船，对推进剂补加、机械臂、在轨组装建造、航天员出舱活动等关键技术进行飞行验证和评估，对核心舱功能和长期驻留功能进行考核。在组装建造阶段，分别发射问天实验舱和梦天实验舱，并与核心舱在轨交会对接，完成空间站建造。其间发射神舟载人飞船和货运飞船，支持完成建造任务，同步开展科学技术实验。建造任务完成后，空间站进入长期运营阶段。航天员乘组将分批进驻空间站工作，开展科学技术研究和探索活动。

　　突破关键技术，中国航天实现长足进步

　　1992年9月21日，中央正式批准实施载人航天工程，确立了“三步走”发展战略。在“第一步”载人飞船阶段和“第二步”空间实验室阶段，我国先后突破了载人安全天地往返、交会对接、出舱活动、组合体控制、推进剂补加等空间站建造和运营所需关键技术，为我国载人航天“第三步”——建造长期在轨飞行的载人空间站，打下了坚实的技术基础。

　　我国空间站自2010年立项，提出“独立自主、创新引领、体系保障、规模适度、留有发展空间”的符合我国空间站发展的研制模式，通过2年多论证，确定了三舱段基本构型方案。核心舱居中，两个实验舱永久停泊于核心舱节点舱的两侧，载人飞船对接于核心舱的前向和径向，货运飞船对接于核心舱的后向。

　　天和核心舱是空间站运营管理和控制中心，可完成与实验舱、载人飞船、货运飞船等航天器的交会对接和停靠，保障航天员长期驻留和开展出舱活动。问天实验舱备份核心舱部分关键功能，在核心舱出现问题时，接替核心舱完成对空间站的运行管理和控制，相当于核心舱的“替补”；此外，它还配备出舱活动专用气闸舱，可开展密封舱内及舱外载荷实验。梦天实验舱用于开展密封舱内和舱外载荷试验，配置货物气闸舱用于释放载荷、支持设备进出舱。

　　“天宫”三舱均由长征五号B运载火箭发射入轨，每个舱段均具备独立飞行能力，通过在轨交会对接与转位完成空间站在轨组装建造。空间站构型为“T”字构型，三舱类似积木对接在一起，这种构型避免了舱体遮挡太阳翼影响其发电效率。空间站建成后，由载人飞船完成乘组的天地往返运输，货运飞船完成物资补给、实验仪器的上行和废弃物的下行销毁。

　　此外，中国空间站还具备一系列其他先进技术。

　　在环境控制和生命保障方面采用物化再生生保技术。包括电解制氧、再生式二氧化碳去除、冷凝水收集与处理、尿液收集与处理等，实现资源再生利用，大幅减少水资源和氧气的上行补给量，减轻货运飞船的运输“负担”，达到国际先进水平。

　　采用先进信息技术构建空间站信息系统。基于网络技术，进行空间站各舱段及来访航天器的信息管理与共享，实现对各舱段和航天器信息的融合管理与功能重构。空间站配置无线移动通信网络和视频监视系统，提高了航天员工作生活的通信保障和对整站状态的感知能力。在“天宫”里，航天员使用“手机”便可以了解各设备信息并进行操控，甚至与地面上的家人们通话。这样的智能化场景，与人们熟悉的智能家居有异曲同工之妙。

　　航天员驻留适居性大幅提高。空间站所提供的工作生活区域约50立方米，配置有饮水就餐、排泄物和生活垃圾收集处理、医学检查与监测、在轨锻炼等设施，采用降噪与隔音设计以降低舱内噪音，为航天员提供舒适、便利的生活环境，采用更可靠、自动化程度高的显示、照明、报警和天地通信设施。这些设施和空间的拓展，体现出中国航天技术的长足进步。

　　另外，空间站支持2名航天员同时出舱，配置大型和小型机械臂各1个。借助这些设施，神舟十二号航天员乘组顺利完成两次出舱任务。

　　建设科技强国、航天强国的重要引领性工程

　　今后，天宫空间站将为我国乃至全球科学家提供先进的空间科学技术研究和实验平台，为人类和平利用太空作出开拓性贡献。

　　天宫空间站可作为“太空母港”，为多个载人航天器提供停靠和服务，为后续发射的巡天空间望远镜提供停靠、推进剂补给、设备维护维修服务，充分发挥人在太空的优势，拓展空间站和航天员对高价值空间设施实施在轨服务的领域。

　　另外，利用机械臂操作能力，以及配置三维打印等手段，支持在轨制造、大型设备在轨安装和空间设施在轨建造。

　　天宫空间站具有舱段扩展、能源扩展、舱外实验扩展能力。舱段扩展时，需要发射一个带有节点舱的新舱段，利用增加的对接口，再进行舱段扩展，最大可实现180吨级组合体在轨飞行。组合体建造期间，首先将受遮挡的核心舱太阳电池翼，转移安装在问天实验舱和梦天实验舱的尾部桁架上，实现能源的拓展，按需“变形”。天宫空间站的扩展能力为运营阶段空间科学和技术的新需求预留了发展空间，也为开展国际合作，进一步提高空间站应用效益提供舞台。

　　空间站可作为基础科学、应用科学和空间技术研究和验证平台。比如开展微重力和复杂空间环境下的物理、化学、生物、医学等学科研究与实验，以及空间能源传输、大数据在航天器运营与自主诊断等航天新技术的研究，提升我国科技水平，促进我国航天事业发展模式的转变和创新。

　　除此之外，还可以利用空间站开展航天科普教育和对外合作。比如开通天地科普课堂，让中小学生参与到空间站的应用与研究活动，增强青少年科技参与度，提高公众航天知识和兴趣。亦或开展空间碎片监测、减缓和防护，长期在轨驻留医学防护等技术合作，扩大我国在国际航天领域的影响力。

　　广大航天工作者将继续传承发扬“两弹一星”精神、载人航天精神，自立自强、创新超越，为中国航天事业接续奋斗。

　　（作者为中国科学院院士、中国航天科技集团有限公司科技委主任）