建成“太空家園” 中國飛天夢圓
——中國載人航天跑出新時代 中國航天發(fā)展加速度

◎ 本刊記者 蔣向利

2022年11月3日9 時32 分，中國空間站夢天實驗艙順利完成轉位。夢天實驗艙轉位完成標志著中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成，向著建成空間站的目標邁出了關鍵一步。

北京時間2022年11月30日7 時33 分，在載人飛船與空間站組合體成功實現(xiàn)自主快速交會對接后，神舟十五號航天員乘組從飛船返回艙進入軌道艙。完成各項準備后，翹盼已久的神舟十四號航天員乘組順利打開“家門”，熱情歡迎遠道而來的親人入駐“天宮”。隨后，“勝利會師”的兩個航天員乘組，一起在中國人自己的“太空家園”里留下了一張足以載入史冊的太空合影。

從2021年4月天和核心艙發(fā)射到2022年11月神舟十四、十五任務，中國空間站“T”字基本構型組裝建造如期完成，展現(xiàn)了中國載人航天30年發(fā)展的厚重積淀與強大實力，跑出了新時代中國航天發(fā)展的加速度。

中國空間站“T”字構型長這樣

中國空間站“T”字基本構型組合體，由天和核心艙、夢天實驗艙與問天實驗艙形成?！癟”字的一豎，是天和核心艙；在其兩側，是“T”字的一橫，對稱分布問天實驗艙與夢天實驗艙。

2022年7月，問天實驗艙與天和核心艙完成交會對接，中國空間站組合體呈兩艙“一”字構型；9月底，問天實驗艙轉位成功，空間站組合體變?yōu)閮膳摗癓”字構型；11月初，夢天實驗艙完成轉位，三艙最終呈現(xiàn)“T”字基本構型，即以天和核心艙為對稱，問天實驗艙與夢天實驗艙分布于天和核心艙節(jié)點艙的兩個側向停泊口。11月30日，神舟十五號載人飛船與中國空間站成功完成全自主快速交會對接，最終形成三艙三船構型，即天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙“三艙”，天舟五號貨運飛船、神舟十四號載人飛船、神舟十五號載人飛船“三船”。

中國空間站設計精髓

節(jié)省能耗?！癟”字構型最大的好處，首先是能夠保證質(zhì)心居中，節(jié)省姿態(tài)控制所需要的能量。轉位后的“T”字構型結構對稱，從姿態(tài)控制、組合體管理上都是比較穩(wěn)定的構型，易于組合體的飛行，且由于其受到的地心引力、大氣擾動等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進劑和其他資源較少。

高效發(fā)電效果。兩個尺寸、質(zhì)量特性大體一致的實驗艙對向布置，形成“T”字的一橫，兩對大型太陽翼成為“T”字一橫遠端的兩個“大風車”。這樣一來，不管空間站以何種姿勢飛行，都能接受到陽光的照射，從而獲得高效的發(fā)電效果。

保證安全性和可靠性。問天、夢天兩個實驗艙的氣閘艙分別位于“T”字一橫的端頭，正常工作泄壓或異常隔離時均不影響其他密封艙段構成連貫空間，保證了安全性。

作為“T”字那一豎的天和核心艙，在這個對稱關系中仍然保持著前向、后向、徑向三向對接的能力。后向對接貨運飛船，使得組合體可以直接利用貨運飛船的發(fā)動機進行軌道機動；前向、徑向兩個對接口不僅可以接納兩艘載人飛船實現(xiàn)輪換，而且保持正常三軸穩(wěn)定對地姿態(tài)時兩對接口都在軌道平面內(nèi)，即可讓載人飛船在軌道面內(nèi)沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無需對接后再轉換對接口。另外，為讓“T”字構型更加穩(wěn)定可靠，研制團隊高度關注中國空間站的系統(tǒng)集成，獨創(chuàng)性地一體化設計出整站三艙，構建了一個“組合體核心”，作為“最強大腦”對整個空間站進行統(tǒng)一管理，保證各艙段、飛行器動作協(xié)調(diào)。

三艙分工明確。2022年，中國空間站進入全面建造階段，問天實驗艙、夢天實驗艙與核心艙相繼完成交會對接，通過艙段轉位操作，將兩個實驗艙分別停泊于核心艙節(jié)點艙對應停泊口，在軌完成空間站“T”字構型組合體組裝，以三艙段組合形成基本構型轉入運營與應用發(fā)展階段。

天和核心艙作為空間站組合體控制和管理主份艙段。其具備開展交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗等能力，艙內(nèi)配置有工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)以及鍛煉區(qū)，能夠為航天員工作和生活提供舒適良好的保障條件。同時，天和核心艙還具有一定的實驗能力，內(nèi)部配備有高微重力實驗柜和無容器材料實驗柜。

問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，艙內(nèi)搭載了生命生態(tài)實驗柜、生物技術實驗柜等科學實驗柜，在空間生命科學與生物技術、微重力流體物理、空間材料科學等領域探索人類長期太空生存所面臨的一系列科學問題。除了用于科學實驗，問天實驗艙還要“兼職”天和核心艙的功能備份，它的氣閘艙也是航天員執(zhí)行出艙任務的主出艙口，其內(nèi)部還配置了3 個睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生間和廚房等設施，為6 名航天員在軌輪換提供條件。

夢天實驗艙專注于微重力科學研究，不再配備再生生保以及睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。其內(nèi)部配置了13個科學實驗機柜，艙外布置有37 個載荷暴露平臺及工位。作為三艙中支持載荷能力最強的艙段，夢天實驗艙可以可支持流體物理、材料科學、超冷原子物理等前沿試驗項目。

“問天”“夢天”的設計巧思。為兼顧到組合體構型，設計團隊全力確保問天實驗艙和夢天實驗艙的尺寸、質(zhì)量特性大體一致，從而獲得整體構型下較好的動力學特性，而且從布局上都采用了工作艙- 氣閘艙- 資源艙的順序。

航天科技集團五院專家介紹，這一設計，可讓實驗艙在對接之后，使氣閘艙成為所有密封艙組合的“端部”，可以在實驗艙出現(xiàn)緊急情況時及時與其他艙段隔離，確保中國空間站在軌穩(wěn)定運行。

同時，考慮到問天實驗艙和夢天實驗艙沒有前后對接的需求，只在一端對接即可。設計團隊對兩個實驗艙的資源艙采用了傳統(tǒng)的小尺寸“實心”布局，外部則布置了帆板和天線。

正可謂“大塊頭有大智慧”，規(guī)模龐大、系統(tǒng)復雜的中國空間站，在細節(jié)上處處體現(xiàn)著航天人的巧思，讓我們的“太空家園”變得更加舒適高效。隨著“夢天”的入列，中國空間站將以全新的姿態(tài)迎接未來的太空征程。

中國空間站未來規(guī)劃

空間站完成在軌建造后，將轉入為期十年以上的運營與應用發(fā)展階段，初步計劃每年發(fā)射兩艘載人飛船、兩艘貨運飛船，航天員將長期在軌駐留，開展空間科學實驗和技術試驗。有關方面還考慮研發(fā)空間站擴展艙段，為進一步支持在軌科學實驗和為航天員工作生活創(chuàng)造更好條件。

“建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)我國載人航天工程‘三步走’戰(zhàn)略的重要目標，是建設科技強國、航天強國的重要引領性工程?！绷暯娇倳浺恢备叨戎匾暫教焓聵I(yè)發(fā)展，關注中國空間站“成長歷程”。浩瀚宇宙，中國智慧將持續(xù)綻放光彩，不斷引領人類文明走向更遠更美好的未來。