在九霄之上造個(gè)“家”

本刊綜合

考考你們，中國(guó)空間站的名字叫什么？

沒(méi)錯(cuò)，就是“天宮”。它不同于天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，是在太空中建的一個(gè)“家”。

建造“家”可不是一朝一夕的事情，需要時(shí)間，還有物力、人力等。而且，在太空中“蓋房子”不同于在地球上“蓋房子”，需要事先把一個(gè)個(gè)艙體和其他部件都做好，送上天后進(jìn)行組裝，就像“搭積木”一樣。

準(zhǔn)備工作完成后，在今年4月29日11時(shí)22分，從文昌航天發(fā)射場(chǎng)出發(fā)，長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭以萬(wàn)鈞之力將中國(guó)空間站“第一塊積木”——天和核心艙成功送入太空。這意味著中國(guó)空間站在軌組裝建造全面展開(kāi)。

5月29日20時(shí)55分，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)射升空，并在約8個(gè)小時(shí)后與天和核心艙完成快速交會(huì)對(duì)接，將“太空快遞”安全送達(dá)。

6月17日9時(shí)22分，聶海勝、劉伯明、湯洪波乘坐的神舟十二號(hào)載人飛船由長(zhǎng)征二號(hào)F遙十二運(yùn)載火箭發(fā)射升空。同日18時(shí)48分，聶海勝、劉伯明、湯洪波這3名航天員先后進(jìn)入天和核心艙，成為中國(guó)空間站的首批“入住”人員。

…………

中國(guó)空間站的建造工作持續(xù)進(jìn)行。對(duì)于這個(gè)在太空中的“家”，你們是不是有很多疑問(wèn)呢？這個(gè)特殊的“家”長(zhǎng)啥樣？用于搭建“家”的“積木”有什么特點(diǎn)？天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船送了哪些東西？……接下來(lái)，小編帶你們一起來(lái)了解，將心中的問(wèn)號(hào)“拉直”！

四問(wèn)“天宮”

如果神舟飛船是一輛轎車(chē)，“天宮一號(hào)”和“天宮二號(hào)”就相當(dāng)于一室一廳的房子，那中國(guó)空間站就是三室兩廳的房子，還帶儲(chǔ)藏間，算是“豪宅”了。

知識(shí)卡片：

空間站是一種在近地軌道長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、可滿(mǎn)足航天員長(zhǎng)期在軌生活和工作以及地面航天員尋訪的載人航天器，代表了當(dāng)今航天領(lǐng)域最全面、最復(fù)雜、最先進(jìn)和最綜合的科學(xué)技術(shù)成果。

一?為什么要建中國(guó)空間站

空間站長(zhǎng)期“飛”在天上，處于失重狀態(tài)，工業(yè)、醫(yī)學(xué)、材料等領(lǐng)域的許多技術(shù)在失重環(huán)境下能更好地實(shí)現(xiàn)。

向下，空間站可對(duì)地偵察、觀測(cè)氣象、提供通信服務(wù);向上，可進(jìn)行天文觀測(cè)，作為未來(lái)去往月球、火星的中轉(zhuǎn)站、補(bǔ)給站。更重要的是，它能為空間科學(xué)研究提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的平臺(tái)，為人類(lèi)在太空生活積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。

二 具體位置在哪里

蓋房子選址很重要，在太空中蓋房子更是如此，不能隨意。

中國(guó)空間站和其他空間站、太空實(shí)驗(yàn)室一樣，都在距地面400千米左右的近地軌道上運(yùn)行。這可不是因?yàn)樗鼈兿矚g“扎堆”湊熱鬧。如果飛得太低，大氣阻力會(huì)使飛行器越飛越慢，在地球引力的拉扯下越飛越低，得消耗更多燃料再把它推高;如果飛得太高，人員往返、物資補(bǔ)給的難度會(huì)加大，而且在640千米以外會(huì)遇上包圍地球的范艾倫輻射帶，高能輻射會(huì)對(duì)人體造成巨大傷害。

中國(guó)空間站的軌道傾角為42°，它這樣斜著繞地球轉(zhuǎn)，可以擴(kuò)大地表觀測(cè)范圍，不會(huì)因?yàn)樵诘蛙壍里w行而“視線受阻”。

三 構(gòu)造是什么樣的

建成后的中國(guó)空間站將由一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙組成，整體呈T字構(gòu)型。天和核心艙居中，“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙分別連接于兩側(cè)。

天和核心艙由節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙和資源艙組成。節(jié)點(diǎn)艙是空間站的聯(lián)系樞紐，有2個(gè)對(duì)接口和2個(gè)停泊口，對(duì)接口能夠?qū)油？枯d人飛船、貨運(yùn)飛船及其他飛行器，停泊口可用來(lái)?？?jī)蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)艙。

“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙的主要任務(wù)是開(kāi)展艙內(nèi)和艙外空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，也是航天員的工作、生活場(chǎng)所和應(yīng)急避難場(chǎng)所。

2024年，我國(guó)將發(fā)射“巡天”號(hào)光學(xué)艙，它裝有口徑達(dá)2米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，分辨率與哈勃望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，約為0.15角秒，但視場(chǎng)是哈勃望遠(yuǎn)鏡的300多倍。

有趣的是，“巡天”號(hào)光學(xué)艙平時(shí)不與空間站主體連接在一起，而是獨(dú)自飛行，飛行的軌道與空間站一致，可看作“伴飛”。需要燃料補(bǔ)給和設(shè)備維修時(shí)，“巡天”號(hào)光學(xué)艙可與空間站對(duì)接，進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加和設(shè)備維修維護(hù)，提高自身壽命和工作性能。

四 什么時(shí)候建成

中國(guó)空間站的建造分空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和空間站建造兩個(gè)階段實(shí)施，兩個(gè)階段各規(guī)劃了6次飛行任務(wù)。預(yù)計(jì)到2022年底，中國(guó)空間站將完成在軌建造，轉(zhuǎn)入后續(xù)的應(yīng)用和發(fā)展階段。

中國(guó)空間站最大可建成180噸級(jí)的超大型組合體，最多容納6名航天員同時(shí)居住，設(shè)計(jì)壽命不少于10年，并能通過(guò)維護(hù)和維修延長(zhǎng)使用壽命。

天和核心艙作用大

天和核心艙好比中國(guó)空間站建造的第一塊積木，也是最重要的一塊積木。它成功進(jìn)駐太空，為中國(guó)空間站的“太空施工”交出了完美的第一棒。

天和核心艙發(fā)射質(zhì)量為22.5噸，全長(zhǎng)16.6米，豎立起來(lái)比5層樓還要高，最大直徑為4.2米，比高鐵的車(chē)廂還要寬，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。

中國(guó)空間站的母港

天和核心艙可以說(shuō)是中國(guó)空間站的母港。它一共有5個(gè)地方可以與其他航天器對(duì)接，第一個(gè)是后方的對(duì)接口，負(fù)責(zé)停放貨運(yùn)飛船，并接受貨運(yùn)飛船補(bǔ)加的推進(jìn)劑。其他四個(gè)在前方，兩個(gè)是核心艙與“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙和“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙的永久停泊位，兩個(gè)可以停放神舟飛船和其他來(lái)訪航天器，航天員出艙口也在這里。

靈巧的運(yùn)動(dòng)中樞

天和核心艙是中國(guó)空間站的運(yùn)動(dòng)中樞。中國(guó)空間站的組裝建造過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，要進(jìn)行大量對(duì)接、安裝、變軌、分離等操作，而這些操作都需要天和核心艙上的機(jī)械臂作為輔助。

知識(shí)卡片：

機(jī)械臂工作時(shí)最長(zhǎng)長(zhǎng)度為10多米，具有7個(gè)自由度，不但可以在太空中抓取物體，而且可實(shí)現(xiàn)艙體爬行功能，以一種類(lèi)似蠕蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)方式移動(dòng)到空間站的許多地方，進(jìn)而在更大范圍觸達(dá)空間站各艙體外表面。

同時(shí)，航天員在太空中的工作不僅僅是在艙內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，還需要定期對(duì)艙外的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和維修。通過(guò)機(jī)械臂的爬行，航天員可到達(dá)空間站的任何角落，屆時(shí)，他們將站在機(jī)械臂上，在太空中來(lái)去自如。

充當(dāng)“大腦”

天和核心艙是中國(guó)空間站的大腦。

天和核心艙入軌后，會(huì)與北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和天鏈衛(wèi)星系統(tǒng)在太空中構(gòu)成中國(guó)空間網(wǎng)絡(luò)體系，我們可以理解為咱們上網(wǎng)的寬帶，其水平已超越國(guó)際空間站當(dāng)前水平。

主要能量來(lái)自?xún)善?yáng)翼

天和核心艙首次采用大面積可展收柔性太陽(yáng)翼，這是我國(guó)首次將柔性太陽(yáng)翼作為航天器的能量來(lái)源。

柔性太陽(yáng)翼由碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制成，具有重量輕、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)大等特點(diǎn)。它全部收攏后只有一本書(shū)那么厚，僅為剛性太陽(yáng)翼厚度的1/15。而且，雙翼展開(kāi)面積可達(dá)134平方米，功率重量比高，單翼即可為空間站提供9千瓦時(shí)的電能，在滿(mǎn)足艙內(nèi)所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，完全可以保證航天員在空間站中正常生活。

艙內(nèi)設(shè)施齊全

天和核心艙是航天員長(zhǎng)期駐留的主要活動(dòng)場(chǎng)所，供航天員工作、生活的空間達(dá)到了50立方米。

密封艙內(nèi)設(shè)施齊全，配置了工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六個(gè)區(qū)域，其中就餐區(qū)配備食品加熱、冷藏、飲水設(shè)備和可收放餐桌，方便航天員就餐，鍛煉區(qū)配備太空跑臺(tái)、太空自行車(chē)，為航天員在軌鍛煉提供條件。此外，還配有手機(jī)、天地視頻通話設(shè)備等，可實(shí)現(xiàn)空間站與地面的雙向視頻通話和收發(fā)電子郵件。

在載人環(huán)境控制方面，天和核心艙配置了再生式生命保障系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)艙內(nèi)氧氣再生、二氧化碳等人體代謝產(chǎn)物的處理和有害氣體的去除，并實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

“快遞小哥”有大智慧

太空“快遞小哥”——天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船并不是世界上最大的貨運(yùn)飛船，但裝的物資卻達(dá)到了6.8噸，占整個(gè)貨船重量的一半以上，載貨比超過(guò)50%。

它到底運(yùn)送了什么東西？它是如何將“快遞”安全送達(dá)中國(guó)空間站的呢？

貨物裝載合理

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船采用兩艙構(gòu)型，由全密封貨物艙和推進(jìn)艙組成，總長(zhǎng)10.6米，最大直徑為3.35米，最大起飛重量為13.5噸。

為了充分利用裝載空間，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船艙內(nèi)結(jié)構(gòu)特殊，利用蜂窩板形成了一個(gè)又一個(gè)貨格，每個(gè)貨格可以裝載多種規(guī)格的貨包。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還配置了一套信息管理系統(tǒng)。每件貨物根據(jù)用途都會(huì)被貼上一個(gè)標(biāo)簽，使用者用手機(jī)對(duì)著標(biāo)簽就可以進(jìn)行信息識(shí)別，類(lèi)似于微信的“掃一掃”。這個(gè)標(biāo)簽本身還具備無(wú)線射頻識(shí)別功能，使用RFID專(zhuān)用設(shè)備可以對(duì)一定范圍一定區(qū)域內(nèi)的貨物進(jìn)行識(shí)別，智能定位后，航天員就可以更便捷地查找、取用貨物。

送得快

以往飛船的交會(huì)對(duì)接從發(fā)射到具備交會(huì)對(duì)接條件需要兩三天時(shí)間，且在交會(huì)對(duì)接時(shí)需要人工參與。這次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙對(duì)接采用全相位全自主交會(huì)對(duì)接方案，不僅可以快速對(duì)接，還無(wú)需地面干預(yù)。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的快速交互對(duì)接系統(tǒng)已經(jīng)提前安排好入軌后的動(dòng)作時(shí)序，節(jié)省了指令在天地間傳達(dá)的時(shí)間，也免去了地面臨時(shí)注入程序的流程。從地面“發(fā)貨”到順利“簽收”僅耗時(shí)約8個(gè)小時(shí)，實(shí)現(xiàn)了空間站任務(wù)物資運(yùn)輸快速補(bǔ)給。

帶了啥寶貝

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了多人多天的生活物資，包括氧氣、食物和出艙航天服，以及大量推進(jìn)劑和空間站實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料等，其中有一些特別的物品哦。

有滋有味的“外賣(mài)”：不乏傳統(tǒng)的中式菜品，如魚(yú)香肉絲、宮保雞丁等。太空中的食品不僅有主副之分，還講究葷素搭配。

艙外航天服：艙外航天服質(zhì)量為100多千克，共分為6層，具有防輻射、防高低溫、壓力調(diào)整等作用，還配有生命保障系統(tǒng)，將航天器的很多功能“濃縮其中”。

“太空按摩儀”：主要用于對(duì)航天員進(jìn)行電脈沖刺激，協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練，防止肌肉萎縮。

隔熱保溫的“太空冰箱”：可以保護(hù)天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船里重要的醫(yī)療檢測(cè)和保障物資。

不只是送貨

不僅能送貨，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還會(huì)給中國(guó)空間站“加油”——補(bǔ)加推進(jìn)劑，給中國(guó)空間站充電。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船有自己獨(dú)立的能源系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)能源自給自足?？坎粗袊?guó)空間站期間，它和中國(guó)空間站之間可以互相輸送補(bǔ)充電能資源——靠泊期間的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船處于休眠狀態(tài)，自身能源需求小，富余出來(lái)的電能可以輸送到中國(guó)空間站，為航天員活動(dòng)提供保障，同時(shí)支撐一些電能消耗較大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

除此之外，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船會(huì)為后續(xù)任務(wù)“探路”，進(jìn)行一系列技術(shù)驗(yàn)證。

3名航天員“入住”天和核心艙

時(shí)隔近5年，太空再次迎來(lái)中國(guó)航天員。今年6月17日，聶海勝、劉伯明、湯洪波進(jìn)入天和核心艙，成為中國(guó)空間站的首批“入住”人員，進(jìn)行為期3個(gè)月的在軌駐留工作。

7月4日14時(shí)57分，經(jīng)過(guò)約7小時(shí)的出艙活動(dòng)，神舟十二號(hào)航天員乘組密切協(xié)同，圓滿(mǎn)完成了出艙活動(dòng)期間全部既定任務(wù)。

乘組人員“新老搭配”

這次進(jìn)駐天和核心艙的飛行乘組由航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波三人組成，聶海勝擔(dān)任指令長(zhǎng)。

作為一名經(jīng)驗(yàn)豐富的航天員，聶海勝此前曾參加過(guò)神舟六號(hào)、神舟十號(hào)載人飛行任務(wù)。航天員劉伯明參加過(guò)神舟七號(hào)載人飛行任務(wù)，航天員湯洪波是首次參加飛行任務(wù)。

航天員進(jìn)駐天和核心艙執(zhí)行天地同步作息制度進(jìn)行工作、生活。駐留3個(gè)月后，他們搭乘飛船返回艙返回東風(fēng)著陸場(chǎng)。

通過(guò)了幾道門(mén)

神舟十二號(hào)載人飛船與天和核心艙實(shí)現(xiàn)自主快速交會(huì)對(duì)接后，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波首先打開(kāi)神舟十二號(hào)載人飛船返回艙的艙門(mén)，來(lái)到軌道艙。這時(shí)，軌道艙的前端和天和核心艙前端圓形的節(jié)點(diǎn)艙之間的對(duì)接機(jī)構(gòu)形成一個(gè)直徑80厘米、長(zhǎng)約1米的通道。航天員通過(guò)這個(gè)通道進(jìn)入天和核心艙。

想要打開(kāi)軌道艙的前艙門(mén)，航天員必須首先調(diào)整艙門(mén)兩側(cè)的氣壓，使飛行器艙內(nèi)壓力達(dá)到平衡，這樣才方便進(jìn)入對(duì)接通道。進(jìn)入對(duì)接通道后，航天員要打開(kāi)節(jié)點(diǎn)艙的前艙門(mén)，這道門(mén)可不是隨隨便便就能打開(kāi)的。據(jù)介紹，打開(kāi)這道門(mén)需要一把專(zhuān)用的“鑰匙”，這把“鑰匙”有一個(gè)比較大的手柄，能夠減小開(kāi)門(mén)的難度，漂浮在對(duì)接通道里的航天員用力將“鑰匙”旋轉(zhuǎn)兩圈半，之后將門(mén)推開(kāi)，進(jìn)入節(jié)點(diǎn)艙。最后，航天員還需要打開(kāi)節(jié)點(diǎn)艙的后艙門(mén)，也就是“雙向承壓艙門(mén)”，正式進(jìn)入天和核心艙。

肩負(fù)四大任務(wù)

聶海勝、劉伯明和湯洪波去中國(guó)空間站可不是去玩的，而是需要完成四個(gè)方面的工作。

開(kāi)展核心艙組合體的日常管理，包括天和核心艙在軌測(cè)試、再生生保系統(tǒng)驗(yàn)證、機(jī)械臂測(cè)試與操作訓(xùn)練，以及物資與廢棄物管理等。

開(kāi)展出艙活動(dòng)及艙外作業(yè)，包括艙外服在軌轉(zhuǎn)移、組裝、測(cè)試，進(jìn)行兩次出艙活動(dòng)，開(kāi)展艙外工具箱的組裝、全景攝像機(jī)抬升和擴(kuò)展泵組的安裝等工作。

開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，進(jìn)行空間應(yīng)用任務(wù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組裝和測(cè)試，按程序開(kāi)展空間應(yīng)用、航天醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等實(shí)（試）驗(yàn)，以及有關(guān)科普教育活動(dòng)。

進(jìn)行自身的健康管理，按計(jì)劃開(kāi)展日常的生活照料、身體鍛煉，定期監(jiān)測(cè)、維持與評(píng)估自身健康狀態(tài)。

太空生活是什么樣的

在“太空家園”里，3名航天員實(shí)現(xiàn)了睡覺(jué)自由、洗澡自由，還能和家人聊天。

每個(gè)人都有獨(dú)立的臥室，能體驗(yàn)全屋智能家居，根據(jù)個(gè)人需求調(diào)節(jié)艙內(nèi)的照明環(huán)境、睡眠模式、工作模式、運(yùn)動(dòng)模式……

雖然不能享受和地球上一樣的淋浴和泡澡，但每個(gè)人都能夠在一個(gè)“包裹式淋浴間”里手持噴槍把自己擦拭干凈。

中國(guó)空間站內(nèi)配備120余種營(yíng)養(yǎng)均衡、口感好、保質(zhì)期長(zhǎng)的航天食品，可任意選擇。進(jìn)行日常鍛煉，航天員可選擇太空自行車(chē)、太空跑臺(tái)等。

“太空之家”的建造工作還在繼續(xù)。

建造中國(guó)空間站是我國(guó)探索近地空間的一個(gè)壯舉。中國(guó)空間站建成后，既是航天員的“太空之家”，又是科學(xué)研究的“太空實(shí)驗(yàn)室”。

而對(duì)于無(wú)止境的太空探索來(lái)說(shuō)，中國(guó)空間站建造工作只是未來(lái)征程中的一個(gè)新起點(diǎn)。向著更美好的未來(lái)，繼續(xù)奔跑，繼續(xù)追夢(mèng)，我們一定能夠探尋到更多的宇宙奧秘，開(kāi)創(chuàng)新的輝煌。