“夢天”啟程　打造空間技術研究“夢工場”

吳軍　周濤　李同　付毅飛

10月31日，空間站夢天實驗艙在海南文昌航天發(fā)射場由長征五號B運載火箭托舉升空，吹響了我國空間站建造任務收官的號角。

11月3日9時32分，空間站夢天實驗艙順利完成轉位，使得三艙組合而成的空間站形成“T”字構型，這標志著中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成，從而向著建成空間站的目標邁出了關鍵一步。

立足“建站為應用”宗旨，夢天實驗艙在軌組裝完成后，與其他兩艙實現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，共同支持空間站開展更大規(guī)模的空間研究實驗和新技術試驗，打造空間技術應用研究“夢工場”。

夢天實驗艙由中國航天科技集團八院抓總研制，艙體全長17.88米、直徑4.2米、發(fā)射質量約23噸。與天和核心艙、問天實驗艙相比，夢天實驗艙任務分工和定位上有所不同，在配置上三艙也各有特點。

“夢天”和“問天”兩個實驗艙“長得很像”，在艙段的組成上，都擁有工作艙、氣閘艙和資源艙，特別是“兩兄弟”的工作艙和資源艙的造型幾乎別無二致。工作艙都是位于最內側，通過對接機構與核心艙的節(jié)點艙相連。

雖然“夢天”與“問天”都叫“實驗艙”，但在科學實驗方面，兩者卻各有側重。問天實驗艙主要面向空間生命科學研究，配置了生命生態(tài)、生物技術和變重力科學等實驗柜；夢天實驗艙則主要面向微重力科學研究，配置了流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航天技術試驗等多學科方向的實驗柜。

此外，夢天實驗艙定位為航天員工作的地方，沒有配置與天和核心艙、問天實驗艙類似的睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)等。但三個艙段均為航天員配置了鍛煉設備，夢天實驗艙配置的是抗阻鍛煉設備，類似健身房里的劃船機。

從總體構型來看，夢天實驗艙由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙4個艙段組成，工作艙位于最前端，與核心艙相連，是航天員工作、鍛煉以及艙內科學試驗機柜安裝的地方。載荷艙與貨物氣閘艙以“嵌套”形式與工作艙相連。位于艙體尾端的資源艙是實驗艙的“能源倉庫”，資源艙上安裝的兩副巨大太陽翼，可通過持續(xù)旋轉、穩(wěn)定對日為空間站提供充足的能源支持。

夢天實驗艙是中國空間站上載荷支持能力最強的艙段，艙內配置了13個標準載荷機柜，主要面向微重力科學研究，可支持流體物理、材料科學、燃燒科學、基礎物理以及航天技術試驗等多學科方向研究。為了最大化實現(xiàn)艙外試驗支持能力，夢天實驗艙艙外配置有37個載荷安裝工位，可為各類科學實驗載荷提供機、電、信息方面的支持。

在我國空間站上，問天實驗艙的氣閘艙是航天員出艙的主要通道，而夢天實驗艙的貨物氣閘艙則是貨物出艙專用通道。

過去，空間站只能由航天員進行艙內外貨物的轉移、安裝，這種方式受到航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制，頻繁開展出艙活動也會帶來復雜的安全考驗。貨物氣閘艙的應用，將為空間站后續(xù)開展各類艙外科學實驗提供強大支持。

貨物氣閘艙采用“內艙門+外艙門”雙門設計：通往工作艙的內艙門，是隔離艙內與艙外空間環(huán)境的關鍵設備；面向太空的外艙門是貨物的出艙口。為了保障航天員的在軌安全，內外兩道艙門不會同時開啟。

夢天實驗艙獨具的載荷自動進出艙功能，能進一步提高空間站進行艙外載荷實（試）驗的能力和效率。夢天實驗艙艙內配置了一臺載荷轉移機構，可以穩(wěn)定地將貨物從艙內送出艙外，或將艙外貨物運回艙內。該機構的運送能力達400公斤，單次運送貨物包絡可達1.15米×1.2米×0.9米，相比航天員“人力帶貨”，運貨能力大幅提升。

跟航天員進出艙一樣，貨物進出艙也需要經(jīng)過泄復壓過程，即出艙泄壓、進艙復壓，讓艙內外氣壓環(huán)境保持一致。因此對于氣閘艙來說，內部空間越大，就意味著在泄復壓期間損耗的氣體越多。為此，貨物氣閘艙的外形尺寸根據(jù)出艙貨物的大小進行了最優(yōu)設計，2.2米的直徑既能保障貨物有充足的空間進行安全轉運，又能減少氣體損耗，提高空間站的氣體利用率。

執(zhí)行貨物出艙任務時，航天員先開啟內艙門，此時外艙門呈關閉狀態(tài)，工作艙與氣閘艙形成密閉的工作環(huán)境，負責搬運貨物出艙的載荷轉移機構伸進艙內，航天員不用穿艙外航天服就可以開展載荷、貨物的安裝操作；隨后轉移機構縮回至氣閘艙，航天員關閉內艙門，由地面發(fā)出指令打開外艙門，實現(xiàn)貨物的順利出艙。

此外，為了滿足將來更大更重貨物的進出艙需求，貨物氣閘艙上還裝有我國空間站首個電動弧形方艙門。艙門寬達1.2米，采用全自動滑移設計，可以為貨物進出艙提供一條寬闊的走廊。

除了上述功能外，夢天實驗艙還擁有一項特別“炫酷”的能力——在軌釋放微小飛行器。艙內專門配置的釋放機構能夠滿足百公斤級微小飛行器或者多個規(guī)格立方星的在軌釋放需求。

通常情況下，釋放機構以組件形式收納在艙內，當需要執(zhí)行釋放小衛(wèi)星任務時，航天員可以按照立方星的規(guī)格進行在軌組裝?！鞍鼛眴未巫畲筝d客量為36U（1U的體積是10厘米×10厘米×10厘米）立方星或百公斤級微衛(wèi)星。立方星安裝完成后，“包廂”搭乘載荷轉移機構轉移到艙外。

其中，微小衛(wèi)星通過卡槽固定在釋放機構上，航天員可以通過控制步進電機運行釋放卡槽，再由彈簧機構將微小衛(wèi)星彈出。立方星初始放置在盒狀機構中，通過控制閥門，打開鎖住立方星的控制門，然后由彈簧彈出立方星。在這一過程中，釋放機構控制器通過精準控制，打開傳送之門，將衛(wèi)星送到“千里之外”。

釋放時，航天員先在艙內把微小衛(wèi)星裝入釋放機構，釋放機構搭乘載荷轉移機構將小衛(wèi)星運至艙外，出艙后，機械臂抓取釋放機構，對準指定方向，釋放機構再像彈弓一樣，把小衛(wèi)星彈射出去。

此外，夢天實驗艙的載荷艙為空間站進行艙外科學實驗提供了強大的平臺支持。

載荷艙上配置2個展開式暴露平臺和1個固定式暴露平臺，全艙可提供24個標準載荷工位，能極大拓展空間站開展空間科學實驗的能力。

隨著更多科學實驗任務的開展，空間站載荷供電需求成倍增加。為此，夢天實驗艙配備了跟問天實驗艙一樣的巨型柔性太陽翼。我國空間站基本構型組裝完成后，兩個實驗艙配置的4副太陽翼將打造最強勁的“能量源泉”，使空間站日發(fā)電量達到近千度，實現(xiàn)“用電自由”。