中國(guó)空間站：上九天攬?jiān)鲁蔀槭聦?shí)

段永利

國(guó)際空間站運(yùn)行23年以來(lái)已經(jīng)接待了多國(guó)的200多位宇航員。2011年美國(guó)國(guó)會(huì)立法禁止美中航天合作，此后中國(guó)開(kāi)始獨(dú)立發(fā)展空間站項(xiàng)目。

國(guó)際空間站預(yù)計(jì)在2024年退役。美國(guó)媒體報(bào)道說(shuō)，如果美國(guó)及其合作伙伴不給國(guó)際空間站“續(xù)命”“延壽”，那么2024年后，中國(guó)的“天宮號(hào)”將成為地球軌道上唯一的載人空間站。

揭開(kāi)神秘面紗

早在1992年9月21日，中共中央批準(zhǔn)中國(guó)載人航天工程按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施，至2021年6月17日，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙，標(biāo)志著中國(guó)人首次進(jìn)入自己的空間站。

中國(guó)空間站長(zhǎng)啥樣？

據(jù)了解，中國(guó)空間站整體呈T字構(gòu)型，基本構(gòu)型包括1個(gè)核心艙（天和核心艙）和2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙（問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙）。核心艙居中，實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ和實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ分別連接于兩側(cè)。天宮空間站的基本構(gòu)型成功組建后，未來(lái)可根據(jù)需求，在核心艙的前端增建一艙或三艙組成空間站“十”、“干”字型的擴(kuò)展構(gòu)型。

其中，天和核心艙全長(zhǎng)16.6米，豎立起來(lái)，比5層樓還要高。最大直徑4.2米，比高鐵車(chē)廂的寬度還要大一些，可供3名航天員長(zhǎng)期在軌駐留，是我國(guó)目前研制的最大航天器。

正如航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師朱光辰接受記者采訪時(shí)所說(shuō)：神舟飛船就相當(dāng)于是一輛轎車(chē)，天宮一號(hào)和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室相當(dāng)于是一室一廳的房子。到了空間站，它應(yīng)該是三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間。

空間站怎么建？

根據(jù)飛行任務(wù)規(guī)劃，目前我國(guó)空間站的建造分空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證（再生生保技術(shù)、機(jī)械臂技術(shù)、出艙活動(dòng)技術(shù)）和空間站建造兩個(gè)階段實(shí)施，預(yù)計(jì)今明兩年完成中國(guó)空間站建設(shè)。

在談及任務(wù)規(guī)劃安排時(shí)，中國(guó)載人航天工程辦公室主任郝淳說(shuō)，“神舟十二號(hào)載人飛船上，有3名航天員組成，他們將在軌駐留3個(gè)月。今年9月和10月將分別實(shí)施‘天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船和‘神州十三號(hào)載人飛船的飛行任務(wù)。其中，載人飛船上將有3名航天員組成飛行乘組，他們將在軌駐留6個(gè)月，這也是今后航天員乘組在軌駐留時(shí)間的常態(tài)。明年將進(jìn)入空間站在軌建造階段，一共規(guī)劃了6次飛行任務(wù)，包括兩次空間站艙段‘問(wèn)天和‘夢(mèng)天的發(fā)射任務(wù)，兩艘貨運(yùn)飛船和兩艘載人飛船的發(fā)射任務(wù)。其中，兩艘載人飛船也是分別由3名乘組組成，在軌駐留6個(gè)月左右。

建空間站有啥用？

空間站建成后，將是航天員的“太空之家”，也是科學(xué)研究的“太空實(shí)驗(yàn)室”。按規(guī)劃，空間站將在軌運(yùn)行10年以上。中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘在接受本刊記者采訪時(shí)說(shuō)：“在其運(yùn)行期間，我們將面向人類(lèi)生存、空間天文、地球科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行前沿科學(xué)探索，開(kāi)展大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、技術(shù)試驗(yàn)和空間應(yīng)用活動(dòng)，涉及32個(gè)主題、65項(xiàng)科學(xué)計(jì)劃。下一步，我們?cè)趹?yīng)用領(lǐng)域還將與國(guó)際合作，共同揭示宇宙的諸多奧秘”。

對(duì)空間站任務(wù)來(lái)講，現(xiàn)在是一艙兩船，將來(lái)有三艙兩船，航天員要對(duì)那么復(fù)雜龐大的設(shè)備進(jìn)行整體運(yùn)行管理，此外還要做各種各樣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，就要求航天員們儲(chǔ)備更多跨學(xué)科的知識(shí)。

空間站給誰(shuí)??？

在空間站的常態(tài)化運(yùn)行中，有3名航天員作為一個(gè)乘組長(zhǎng)期飛行，乘組定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時(shí)在空間站工作，完成交接后，前一個(gè)乘組乘坐載人飛船返回地球。

此次飛行乘組由聶海勝、劉伯明、湯洪波3人組成，所以他們是第一次入住新“家”。在被問(wèn)及選飛行乘組會(huì)綜合什么標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇時(shí)，載人航天工程航天員系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心研究員黃偉芬說(shuō)，“在進(jìn)行四個(gè)乘組選拔的時(shí)候，我們統(tǒng)籌考慮了四次任務(wù)的特點(diǎn)，針對(duì)每一個(gè)航天員的個(gè)體特點(diǎn)和任務(wù)的匹配性，考慮他們的經(jīng)驗(yàn)、年齡、新老搭配、彼此間的心理相融性和協(xié)同配合能力，采用以老帶新的模式。對(duì)于神州十二號(hào)飛行任務(wù)的乘組來(lái)講，考慮到首次飛行、首次出艙的挑戰(zhàn)很大，選擇了有過(guò)兩次飛行、有組合體飛行、空間手控交會(huì)對(duì)接經(jīng)驗(yàn)的航天員聶海勝擔(dān)任指令長(zhǎng)。劉伯明在神七時(shí)有過(guò)出艙活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)。湯洪波作為神十一備份航天員，也說(shuō)明他的表現(xiàn)很出色。而且他們?nèi)嗽谟?xùn)練時(shí)配合很默契?！?/p>

3名航天員順利進(jìn)駐天和核心艙，這是黃偉芬第7次送自己選拔培訓(xùn)的航天員上太空。未來(lái)將有不同國(guó)家、不同類(lèi)型的航天員入駐。

在空間站怎么生活？

北京航天飛控中心空間站任務(wù)總師孫軍解釋說(shuō)，航天員進(jìn)駐空間站前幾天的主要任務(wù)是在搬進(jìn)新“家”后先好好裝修一下，拆包裹、裝設(shè)備，包括各類(lèi)信息通信，生活方面諸如餐飲廚房、睡眠區(qū)、衛(wèi)生設(shè)施等都要搭建完成。

你知道在太空拆快遞什么感覺(jué)？快遞小哥“天舟貨運(yùn)飛船”滿(mǎn)載貨物到達(dá)空間站，6.8噸捆扎結(jié)實(shí)的貨運(yùn)物資坐等首批航天員拆件?？爝f包括貨包類(lèi)（航天員衣食住行用品、部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷、備份艙門(mén)等）、推進(jìn)劑類(lèi)（燃燒劑、氧化劑）等。

飲食方面，有一種餓，叫祖國(guó)媽媽覺(jué)得你餓。這一次，“快遞小哥”把用納米氣凝膠做成的大冰箱都給送過(guò)去啦。天和核心艙內(nèi)配置了120余種葷素搭配、營(yíng)養(yǎng)均衡、品種豐富的食品。在不久前公布的視頻中，3名航天員過(guò)了一把太空“吃播”癮。

此外，空間站內(nèi)實(shí)現(xiàn)了“移動(dòng)WiFi”全覆蓋，創(chuàng)造了一個(gè)智能家居的生活空間。每一個(gè)航天員都有一個(gè)手持終端，可以根據(jù)個(gè)人需求通過(guò)應(yīng)用調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境，如睡眠模式、工作模式、運(yùn)動(dòng)模式等。航天員還可以視頻通話，也可以即時(shí)接入移動(dòng)終端，在空間站享受網(wǎng)絡(luò)生活。下一批航天員上去前會(huì)先問(wèn)“wifi密碼是什么”是不是很接地氣？

據(jù)黃偉芬介紹說(shuō)，航天員在太空實(shí)施天地同步作息制度，他們每天日出而作日落而息，可以根據(jù)實(shí)時(shí)需要自由調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度，而且早晨和晚上會(huì)跟地面定點(diǎn)溝通，包括航天員的飲食作息，以及當(dāng)天的工作計(jì)劃、工作完成情況。地面工作人員會(huì)對(duì)航天員的睡眠質(zhì)量進(jìn)行定期評(píng)估，會(huì)根據(jù)當(dāng)天工作進(jìn)展調(diào)整次日的工作項(xiàng)目。在3個(gè)月過(guò)程中，航天員要靠加熱濕毛巾擦拭來(lái)代替淋浴，用浴帽+免洗洗發(fā)液的方式洗頭發(fā)，當(dāng)然，他們可能還會(huì)遇到各種各樣異常情況和突發(fā)問(wèn)題，對(duì)他們的身心素質(zhì)、知識(shí)技能都是一個(gè)考驗(yàn)。

開(kāi)啟創(chuàng)新模式

不知道你是否看過(guò)美國(guó)科幻電影《地心引力》，還有美國(guó)網(wǎng)劇《太空部隊(duì)》，都模擬了中國(guó)宇航員以及中國(guó)空間站的場(chǎng)景，再看看如今中國(guó)空間站的機(jī)械臂，講真，追中國(guó)航天比追劇還痛快。

技術(shù)突破

隨著中國(guó)載人航天工程前兩步的成功完成，中國(guó)航天已掌握了出艙活動(dòng)、空間自主交會(huì)對(duì)接、空間實(shí)驗(yàn)室、航天員中期駐留、再生式生命保障以及貨運(yùn)飛船補(bǔ)加等空間站關(guān)鍵技術(shù)。

天宮空間站天和核心艙配置的機(jī)械臂是目前中國(guó)同類(lèi)航天產(chǎn)品中復(fù)雜度最高、規(guī)模最大、控制精度最高的空間智能機(jī)械系統(tǒng)。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站機(jī)械臂控制系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師梁常春說(shuō)，核心艙機(jī)械臂采用“肩3+肘1+腕3”的關(guān)節(jié)配置方案，展開(kāi)長(zhǎng)度為10.2米，最多能承載25噸的重量，可以將物體運(yùn)送至空間站外部的任何位置，是空間站任務(wù)中的“大力士”。為實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械臂的平穩(wěn)運(yùn)行和精確定位，空間站機(jī)械臂各處裝有“控制大腦”。

此外，天和核心艙配置了四臺(tái)霍爾電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，這是人類(lèi)載人航天器上首次使用電推進(jìn)，可大大降低空間站用于軌道維持的燃料消耗。首次采用了大面積可展收柔性太陽(yáng)電池翼，有著體積小、展開(kāi)面積大、功率重量比高的特點(diǎn)，可在低軌道上為空間站供能十年?？臻g站使用了第三代中繼終端產(chǎn)品，通過(guò)與中繼衛(wèi)星天鏈一號(hào)和天鏈二號(hào)建立中繼鏈路，實(shí)現(xiàn)中繼通信。該終端采用了集成化、模塊化的設(shè)計(jì)思路，在保證傳輸信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，方便航天員維修更換。

應(yīng)用規(guī)劃

“我國(guó)空間站主要規(guī)劃了4個(gè)研究領(lǐng)域的研究工作，分別是空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)，以及空間新技術(shù)與應(yīng)用。例如，我們創(chuàng)新提出了哺乳動(dòng)物太空生命孕育的前沿研究，希望能夠首次在太空成功孕育出小鼠后代，為未來(lái)動(dòng)物甚至人類(lèi)的太空生殖、發(fā)育和繁衍奠定重要基礎(chǔ)。另外，我們提出了在空間站建立氫鐘、銣原子鐘、鍶原子光鐘組合而成的空間原子鐘組，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)達(dá)10-18量級(jí)日穩(wěn)定度的時(shí)間頻率信號(hào)，有望在相對(duì)論高精度檢驗(yàn)、全球重力位測(cè)量等方面取得重要研究成果。再比如，我們規(guī)劃了超冷原子物理系列研究，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)100 pK甚至更低溫度的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚，在極低溫量子新物態(tài)研究方面取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，我們安排了與空間站共軌飛行的巡天望遠(yuǎn)鏡（CSST），支持開(kāi)展長(zhǎng)期的天文觀測(cè)研究，在必要時(shí)這個(gè)望遠(yuǎn)鏡可對(duì)接到空間站上進(jìn)行維護(hù)和更換后端模塊，預(yù)期在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成和演化、早期恒星和星系的形成等重大科學(xué)問(wèn)題方面取得突破?！?中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心戰(zhàn)略規(guī)劃室主任張偉在接受本刊記者采訪時(shí)說(shuō)。

國(guó)際合作

不久前對(duì)中國(guó)宇航員進(jìn)入空間站發(fā)出祝賀的美國(guó)航天局局長(zhǎng)比爾·納爾遜（Bill Nelson）將中國(guó)稱(chēng)作是在太空領(lǐng)域“咄咄逼人的競(jìng)爭(zhēng)者”。今年5月他在美國(guó)國(guó)會(huì)聽(tīng)證美國(guó)資助載人登月項(xiàng)目時(shí)警告說(shuō)，美國(guó)對(duì)中國(guó)的太空發(fā)展不能掉以輕心。不過(guò)世界安全基金會(huì)項(xiàng)目規(guī)劃主任布萊恩·維登 （Brian Weeden）則認(rèn)為，把中國(guó)渲染為嚴(yán)峻威脅不妥。

張偉說(shuō)：“中國(guó)空間站面向世界開(kāi)放，如今已經(jīng)確定了17個(gè)合作國(guó)家?？臻g站在挑選國(guó)際合作項(xiàng)目時(shí)，往往首先要組建國(guó)際評(píng)審組，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)主要包括：科學(xué)意義與價(jià)值;工程可實(shí)現(xiàn)性;研究與合作基礎(chǔ)。”

今年是世界載人航天事業(yè)60周年，中國(guó)空間站代表航天事業(yè)在傳承中前行，空間站的建設(shè)，不是中國(guó)航天夢(mèng)的終點(diǎn)，中國(guó)載人航天的下一個(gè)目的地是月亮，更遠(yuǎn)點(diǎn)的夢(mèng)想是火星。嫦娥奔月、夸父追夢(mèng)的古老傳說(shuō)正行走在路上……