打造天宮

　　2008年9月25日，全世界的目光再一次聚焦在大漠深處的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，17點(diǎn)35分，“神舟”七號(hào)承載著無數(shù)中國人的夢想飛向太空，在此次“神舟”飛船在軌過程中，航天員翟志剛還順利完成了19分35秒的出艙活動(dòng)。
　　茫茫太空第一次留下了中國人的足跡，第一次飄起了鮮艷的五星紅旗。這是一次開創(chuàng)中國航天新紀(jì)元的漫步，也是中國人和平利用太空的一大步，中國隨之成為世界上第三個(gè)掌握空間出艙活動(dòng)技術(shù)的國家。
　　中國航天人并沒有停止對(duì)茫茫宇宙探索的步伐，一名叫做“天宮”一號(hào)的太空新成員又要展開新的征程?！疤鞂m”一號(hào)是我國第一個(gè)在低軌道上運(yùn)行的長壽命、高可靠的載人航天器，它是一個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室的雛形。能夠在軌允許航天員短期駐留，并在其中進(jìn)行一定規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，就是“天宮”一號(hào)的性能特點(diǎn)。
　　在中國的航天員成功實(shí)現(xiàn)出艙活動(dòng)后，我們國家制定的載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略中的第二步已經(jīng)完成第一階段的任務(wù)，接下來就是要突破載人航天飛船和空間飛行器的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，并研制發(fā)射短期有人照料的空間實(shí)驗(yàn)室。按照計(jì)劃，我國將首先發(fā)射一個(gè)空間目標(biāo)飛行器，之后發(fā)射飛船與之對(duì)接，“天宮”一號(hào)就是那個(gè)被稱作空間實(shí)驗(yàn)室雛形的空間目標(biāo)飛行器。
　　20世紀(jì)70年代，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，在掌握進(jìn)入太空的能力后人類開始不滿足于短暫太空旅行，希望能夠長期生活和工作在太空里，但是到底什么樣的房子可以建在太空里方便人類居住呢?一個(gè)全新的概念出現(xiàn)了，那便是空間站，1971年4月19日，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一個(gè)宇宙空間站“禮炮1號(hào)”，1973年美國發(fā)射了77噸重的“天空實(shí)驗(yàn)室”。
　　在空間站發(fā)展的最初，都是以壽命只有幾年的空間實(shí)驗(yàn)室為主。1986年2月20日，前蘇聯(lián)把第一個(gè)長久性空間站“和平號(hào)”送上了天，從此人類進(jìn)入到了航天發(fā)展的新階段。到目前為止，全世界已發(fā)射了9個(gè)空間站，今天還在太空中服役的就是由美俄等國家共同使用的國際空間站。
　　按照我國載人航天“三步走”的計(jì)劃，我們國家將會(huì)在2020年前后建成自己的空間站，讓中國的航天員可以長期在太空駐留，而想要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)卻有著諸多的挑戰(zhàn)。
　　建立空間站必須要解決一些關(guān)鍵技術(shù)問題和一些功能性的問題。如果能夠掌握出艙活動(dòng)、交會(huì)對(duì)接、補(bǔ)加技術(shù)和再生式生命保證這幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，再加上一個(gè)大運(yùn)載火箭，就可以說中國具備了建立空間站的能力。為了解決面臨的技術(shù)難題，中國的航天人決定先建立空間實(shí)驗(yàn)室，而“天宮”一號(hào)就是空間實(shí)驗(yàn)室的前身，航天科技工作者已經(jīng)為此工作了整整10年。
　　中國的航天人之所以給這個(gè)太空新成員起名“天宮”也有著更深的含義。這是希望將來我們能夠建立的空間站，在天上的作用相當(dāng)于神話里的宮殿一樣。但作為一個(gè)在空中長期運(yùn)行的飛行器，科研人員最先考慮的還是這座房子如何才能適應(yīng)太空的環(huán)境。
　　從國外的哥倫布艙、和平空間站到現(xiàn)在的空間站，其主結(jié)構(gòu)的形狀都是細(xì)長的。因?yàn)橥ㄟ^科學(xué)計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)這種形狀空間最大。細(xì)長體的外形和以前的“神舟”飛船似乎非常相像，但內(nèi)部卻大不相同，這是因?yàn)椤疤鞂m”一號(hào)不需要再返回地面，在2年內(nèi)完成3次對(duì)接結(jié)束任務(wù)后，“天宮”一號(hào)就會(huì)自動(dòng)墜毀，魂歸大海，因此“天宮”一號(hào)并沒有返回艙。
　　“天宮”一號(hào)總重量8，5噸左右，總長度10米左右，基本由2個(gè)艙段組成。第一個(gè)艙段叫做實(shí)驗(yàn)艙，實(shí)驗(yàn)艙是一個(gè)密封艙，航天員可以在里面工作、生活和開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)；另外一個(gè)艙叫資源艙，資源艙是個(gè)非密封艙，它是給“天宮”一號(hào)提供能源、動(dòng)力，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃料、儲(chǔ)物箱和發(fā)動(dòng)機(jī)等這些動(dòng)力的一個(gè)動(dòng)力艙，它是不載人的。
　　盡管結(jié)構(gòu)不同，但“天宮”一號(hào)內(nèi)部的環(huán)境卻要和飛船一樣必須適應(yīng)航天員的居住，因?yàn)樵凇疤鞂m”一號(hào)和“神舟”八號(hào)對(duì)接成功后，在隨后發(fā)射的“神舟”九號(hào)或者“神舟”十號(hào)上會(huì)搭載航天員和“天宮”一號(hào)進(jìn)行對(duì)接。對(duì)接后航天員會(huì)打開飛船和“天宮”一號(hào)的艙門，進(jìn)入到“天宮”一號(hào)的內(nèi)部做短期的駐留，并開展一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
　　在實(shí)驗(yàn)艙的內(nèi)部營造了一個(gè)航天員工作和生活、實(shí)驗(yàn)的條件和環(huán)境，這個(gè)空間的容積有15立方米。相對(duì)飛船來講，實(shí)驗(yàn)艙的空間要大得多。
　　為了能讓航天員生活得相對(duì)舒適，在“天宮”一號(hào)的論證階段，科技人員就提出了人性化的設(shè)計(jì)。從外部結(jié)構(gòu)到內(nèi)部裝飾無一不是為以后在上面工作的航天員服務(wù)，就連實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的顏色都是研究人員根據(jù)人體工程學(xué)精心選定的。
　　麻雀雖小五臟俱全。在距離地球幾百千米以外的太空，“天宮”一號(hào)要做到的不僅是解決航天員長期在軌生存所面臨的安全問題，還要讓航天員生活得更加舒適，就像是一個(gè)在空中的家。為了讓以后長期駐站的航天員生活豐富多彩，不再單調(diào)乏味，科研人員還在“天宮”一號(hào)里設(shè)置了許多娛樂項(xiàng)目，就像其他國際空間站一樣。航天員在艙內(nèi)不僅可以聽音樂、看電視，還可以通過通訊設(shè)備跟地面的家人和朋友聊天、發(fā)送電子郵件。更有趣的是，“天宮”一號(hào)內(nèi)還安裝了一些健身器材，讓航天員有條件進(jìn)行鍛煉，防止他們在長期失重的情況下腿部肌肉萎縮。
　　盡管“天宮”一號(hào)沒有返回艙，但是兩艙式的組合結(jié)構(gòu)同樣面臨著種種困難。和“神舟”飛船的短期飛行不同，“天宮”一號(hào)需要在太空中服役2年，因此資源艙內(nèi)所有的設(shè)備必須滿足“天宮”一號(hào)在空中2年工作的需求。能不能保持長期在軌穩(wěn)定可靠運(yùn)行，是航天人面臨的技術(shù)難點(diǎn)。
　　根據(jù)不同的功能，“天宮”一號(hào)共有電源、推進(jìn)、對(duì)接機(jī)構(gòu)，測控與通信等13個(gè)分系統(tǒng)，每一個(gè)系統(tǒng)又是由成百上千個(gè)零件組成，其中哪怕是一個(gè)小小的螺絲釘，都和“天宮”一號(hào)的總體性能息息相關(guān)。由于“天宮”一號(hào)的體重被嚴(yán)格控制在8.5噸，在此基礎(chǔ)上裝備這么多的零件，重量和性能的權(quán)衡成為技術(shù)人員必須考慮的問題。每個(gè)零件在設(shè)計(jì)時(shí)，都要首先保證性能，然后在性能基礎(chǔ)上再去優(yōu)化重量。如果某一設(shè)備為了達(dá)到性能，重量會(huì)超一點(diǎn)，那么另一設(shè)備就一定要減一點(diǎn)，以求得一個(gè)平衡，真可以說是錙銖必較。
　　太空的環(huán)境是惡劣的，陽光下的最高溫度可以達(dá)到300℃左右，而陰影下的溫度則低至－300℃。因此“天宮”一號(hào)上所有的材料必須能經(jīng)受高溫、寒冷和輻射等一系列嚴(yán)酷的考驗(yàn)。在性能和重量的雙重標(biāo)準(zhǔn)下，科研人員集思廣益，一些創(chuàng)新的設(shè)計(jì)想法在“天宮”一號(hào)上得到實(shí)現(xiàn)。比如資源艙就首次采用了輕型的結(jié)構(gòu)技術(shù)。形象地說，就是讓房子更加結(jié)實(shí)，重量也輕了，于是給整個(gè)“天宮”一號(hào)來省出來重量，為別的設(shè)備提供了更大的方便。
　　在太空中飛行的航天器都是靠太陽能來保證電力的需要，于是可靠的太陽能電池板成了“天宮”一號(hào)長時(shí)間在軌運(yùn)行的首要保證。為了保證長時(shí)間在軌飛行，這一次“天宮”一號(hào)上的太陽能電池板也采用了全新的技術(shù)——使用網(wǎng)格編制的半剛性的太陽能電池板，這樣可以讓太陽板更輕。這種電池板還有一個(gè)好處，就是在低軌高壓這種環(huán)境下，抵御空間環(huán)境損傷的能力也更強(qiáng)。
　　為了保證“天宮”一號(hào)高效長壽地工作，科研人員對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)都做了成千上萬次試驗(yàn)，希望通過這種大量復(fù)雜而反復(fù)的試驗(yàn)來保證設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性?！疤鞂m”一號(hào)要在天上運(yùn)行2年，則地面試驗(yàn)的時(shí)間起碼也得2年以上，這樣才能證明設(shè)備沒有缺陷或者故障。
　　為了達(dá)到百分之百無故障，在上天之前“天宮”一號(hào)要經(jīng)歷無數(shù)次的“體檢”?？蒲腥藛T曾做過一次模擬航天員在艙內(nèi)生存60天的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)有2名模擬航天員參加，模擬航天員要被關(guān)進(jìn)一個(gè)密閉空間里，完全靠“天宮”一號(hào)的生命保障系統(tǒng)來維持這個(gè)空間的運(yùn)行。他們的吃喝拉撒睡，都在這樣一個(gè)環(huán)境里進(jìn)行。航天人就是用這樣的實(shí)驗(yàn)來考核系統(tǒng)是不是能達(dá)到載人環(huán)境的要求。
　　這種看似嚴(yán)酷的實(shí)驗(yàn)只是“天宮”一號(hào)眾多實(shí)驗(yàn)的一部分，為了保證“天宮”一號(hào)能夠順利完成任務(wù)，安全高效地處理突發(fā)事件，科研人員還準(zhǔn)備了大量的預(yù)案，在地面調(diào)試的階段，每一個(gè)預(yù)案也都會(huì)經(jīng)過反復(fù)的驗(yàn)證。
　　作為我國第一個(gè)在低軌道上運(yùn)行的長壽命載人航天器，為了保證“天宮”一號(hào)能夠順利運(yùn)行，航天工程各大系統(tǒng)都面臨著諸多的考驗(yàn)，幾乎每一個(gè)系統(tǒng)都做了相應(yīng)的改進(jìn)，僅運(yùn)載火箭系統(tǒng)一項(xiàng)，改進(jìn)就多達(dá)170余項(xiàng)。從火箭外形來看，運(yùn)送“天宮”一號(hào)的火箭比運(yùn)送“神七”時(shí)少了一個(gè)逃逸塔——逃逸塔的功能就是給飛船提供一個(gè)逃逸的功能，火箭或者飛船出現(xiàn)問題的時(shí)候，確保航天員生命安全，“天宮”一號(hào)是不載人的，所以沒有逃逸塔；而助推部分比發(fā)射“神七”時(shí)加長了；整流罩也比“神七”的大一點(diǎn)。
　　2011年9月29日，“天宮”一號(hào)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。緊接著，在11月1日，“神舟”八號(hào)飛船騰空而起。11月3日凌晨1時(shí)36分，在軌運(yùn)行30圈的“神舟”八號(hào)飛船和在軌運(yùn)行541圈的“天宮”一號(hào)，在距離地面高度343千米的近圓軌道上成功交會(huì)，經(jīng)過捕獲、緩沖、拉近和鎖緊四個(gè)過程，于1時(shí)36分對(duì)接機(jī)構(gòu)鎖緊完成，實(shí)現(xiàn)兩航天器剛性連接，形成了組合體。兩個(gè)速度達(dá)到每秒鐘7.8千米、重達(dá)8.5噸的龐然大物在太空中實(shí)現(xiàn)了完美的一