訪談丨周建平：中國空間站時代正式開啟

中國載人航天工程總設(shè)計師周建平院士

編者按：2021年4月29日，中國空間站“天和”核心艙發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，宣告了中國開啟空間站任務(wù)的新時代。此次任務(wù)標(biāo)志著中國空間站在軌組裝建造全面展開，為后續(xù)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和空間站組裝建造順利實(shí)施奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。本刊特約記者特此采訪了中國載人航天工程總設(shè)計師周建平院士和中國載人航天工程辦公室主任郝淳。

核心艙和空間實(shí)驗(yàn)室的區(qū)別：承擔(dān)使命不同

核心艙是中國空間站的控制艙段，是最重要的艙段。空間站建成后，在軌運(yùn)行的組合體包括實(shí)驗(yàn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船，組合體在軌運(yùn)行涉及到能源、熱、軌道控制以及有效載荷的管理等諸多方面，因此，作為空間站控制艙段，核心艙將發(fā)揮極為重要的作用。

與天宮一號、二號相比，核心艙所承擔(dān)的使命不同。天宮一號、二號實(shí)際上是空間實(shí)驗(yàn)室，最重要的目的是用于驗(yàn)證空間站關(guān)鍵技術(shù)，包括組合體管理，也開展了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。但由于規(guī)模有限，且只有一個對接口，在軌期間只對接一艘飛船，進(jìn)行有限的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，相比空間站的核心艙，空間實(shí)驗(yàn)室規(guī)模更小。

建造空間站最主要的目的是建成大型的空間設(shè)施，在軌開展大規(guī)模的空間科學(xué)、空間應(yīng)用和空間技術(shù)方面的驗(yàn)證和研究，以帶動科學(xué)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展。

核心艙身肩重任：多項關(guān)鍵技術(shù)首次亮相

2021－2022年，載人發(fā)射任務(wù)密集。空間站在軌建造主要包括兩個階段：關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段和在軌建造階段。首先，在關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段，核心艙肩負(fù)的重任是：要對空間站關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行更加全面的驗(yàn)證。此前，在空間實(shí)驗(yàn)室上也開展了一系列關(guān)鍵技術(shù)的驗(yàn)證，但由于規(guī)模有限，有些技術(shù)無法進(jìn)行驗(yàn)證，需要通過空間站核心艙進(jìn)行幾大關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，主要包括：

再生生保技術(shù)?！吧裰邸憋w船和空間實(shí)驗(yàn)室采用的是非再生生保技術(shù)，而空間站為了長期經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，會盡可能地實(shí)現(xiàn)空間站內(nèi)物資循環(huán)使用，包括水和氧氣等。在空間站通過冷凝干燥組件，可將航天員呼出的水汽收集，再通過凈化裝置轉(zhuǎn)為可供飲用的再生水；尿液也可以收集處理為可飲用的純凈水。與此同時，電解制氧系統(tǒng)可以利用循環(huán)水電解制氧，從而無需從地面攜帶氧氣進(jìn)入太空。除此之外，在空間站艙內(nèi)對二氧化碳進(jìn)行凈化，讓富集起來的二氧化碳和電解水產(chǎn)生氫氣反應(yīng)，就可以獲得相當(dāng)可觀的氧氣，提高物資利用的閉環(huán)度，也可以大幅降低對地面的依賴度，提高經(jīng)濟(jì)性。

機(jī)械臂技術(shù)。在空間站在軌組裝建造期間，將使用機(jī)械臂來建造大型空間設(shè)施。目前，我們有用于轉(zhuǎn)位的機(jī)械臂和功能更強(qiáng)大的七字維度機(jī)械臂，還有可以對載荷進(jìn)行精細(xì)操作的機(jī)械臂。將大小機(jī)械臂組合，可以形成長達(dá)15m的組合機(jī)械臂，對于建造空間站來說，我們要一步在空間站建成復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的機(jī)械臂，這是一個重大的挑戰(zhàn)。機(jī)械臂是空間站的重要組成部分，是空間站建造水平的標(biāo)志。

能源技術(shù)?？臻g站規(guī)模很大，后續(xù)將會開展大量的科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)，需要更加充分的能源保障。為此，科研團(tuán)隊研制了大型柔性可展開太陽電池翼和相應(yīng)的能源系統(tǒng)，這個規(guī)模也從未有過，也是一個重大挑戰(zhàn)。大型柔性可展開太陽電池翼也是首次在核心艙上進(jìn)行演示驗(yàn)證。

航天員出艙技術(shù)。在神舟七號飛行任務(wù)中，航天員執(zhí)行了出艙活動，但當(dāng)時條件有限，利用飛船軌道艙進(jìn)行出艙活動，主要目標(biāo)是掌握艙外活動技術(shù)，做到安全進(jìn)出航天器。后續(xù)，中國空間站長期在軌運(yùn)行，需要依靠航天員在艙外進(jìn)行大量復(fù)雜活動，對航天員出艙能力要求更高，出艙活動能力將成為保障空間站順利建成的一個重要技術(shù)支撐。在關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段，將安排多次航天員出艙，從而進(jìn)一步驗(yàn)證航天員出艙能力，以及如何高效安全保障支持完成空間站建成。

中國空間站優(yōu)勢特點(diǎn)：技術(shù)新、保障強(qiáng)

作為三艙組合體，中國空間站質(zhì)量高達(dá)60多噸，在對接載人飛船和貨運(yùn)飛船時，質(zhì)量最大可以達(dá)到90多噸。未來，隨著技術(shù)的發(fā)展，空間站規(guī)模會不斷發(fā)生變化。

與國外相比，中國空間站起步較晚，但有后發(fā)技術(shù)優(yōu)勢。空間站立項后，中國載人航天工程組織了2年的技術(shù)方案設(shè)計和論證，目的就是全面掌握大型空間設(shè)施建造實(shí)施技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)建造空間站的目標(biāo)，在構(gòu)型布局上進(jìn)行了精心設(shè)計，以保證空間站具備更強(qiáng)大的科學(xué)和應(yīng)用能力。在艙段外安置了外置平臺，以確保空間站能夠進(jìn)一步擴(kuò)大?？梢哉f，中國的大型空間站建造能力處于國際前列。

首先，空間站建造的技術(shù)新。能源系統(tǒng)（光伏）有30%以上的光電轉(zhuǎn)化效率，供電能力更強(qiáng)。電推進(jìn)技術(shù)，又叫做離子推進(jìn)，有不同的形式，中國空間站推進(jìn)系統(tǒng)采用的是電推進(jìn)系統(tǒng)。電推進(jìn)系統(tǒng)是其他國家沒有利用過的，其特點(diǎn)是比沖高，電推進(jìn)的比沖是化學(xué)推進(jìn)的5倍，可以少消耗推進(jìn)劑。

其次，空間站建造的保障強(qiáng)。盡管核心艙任務(wù)是空間站建造期間的第一次任務(wù)，但保障技術(shù)完全靠自力更生研發(fā)而成，環(huán)控生保技術(shù)閉合度最高，包括對二氧化碳的充分利用等，切實(shí)讓中國空間站的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)更加突出。