“夢(mèng)天”升空中國空間站打響收官戰(zhàn)

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與長征五號(hào)B火箭組合體垂直轉(zhuǎn)運(yùn)。圖片｜中國載人航天官網(wǎng)

北京時(shí)間2022年11月3日9時(shí)32分，中國空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位。

碧海藍(lán)天，椰風(fēng)習(xí)習(xí)。10月31日，文昌航天發(fā)射場再一次吸引世界目光。15時(shí)37分，伴隨著01指揮員廖國瑞一聲響亮的點(diǎn)火口令，長征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭壯麗出征，將空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，三艙基本構(gòu)型的中國空間站迎來最后一個(gè)艙段。

接下來，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與空間站天和核心艙完成對(duì)接并進(jìn)行轉(zhuǎn)位操作。屆時(shí)，天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在同一平面形成中國空間站“T”字基本構(gòu)型，從而向著建成空間站的目標(biāo)邁出關(guān)鍵一步，國家太空實(shí)驗(yàn)室建設(shè)即將全面“竣工”。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙是個(gè)身長17.88米、體重約23噸的“大塊頭”，內(nèi)部設(shè)備達(dá)900多臺(tái)（套），接口更是多達(dá)10萬余個(gè)，其中不乏身材需以毫米甚至微米衡量的精微元器件。別看它們身材小，重要性卻不遑多讓，在浩瀚太空中展現(xiàn)著“中國精度”的力量。

在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上，微型特種電機(jī)是儀器設(shè)備完成各種動(dòng)作的“神助攻”?？梢哉f，凡是艙內(nèi)需要?jiǎng)幼鞯牡胤?，都離不開電機(jī)。它們的外徑可以小到幾十毫米，最輕不過幾十克。“在航天任務(wù)中，微特電機(jī)是真正意義上體格小、能量大的‘小金剛’‘小靈通’。”中國電科集團(tuán)21所電機(jī)事業(yè)部高級(jí)工程師戚振亞說，該所共為夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配套了10多個(gè)品種的微特電機(jī)，它們可以作為溫控閥驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度，也能擔(dān)任貨物轉(zhuǎn)移的“搬運(yùn)工”，還能驅(qū)動(dòng)太陽能帆板對(duì)日定向，實(shí)現(xiàn)“螞蟻搬大象”的效果。

如果把電機(jī)比作關(guān)節(jié)和肌肉，芯片則是大腦。中國電科集團(tuán)55所主任設(shè)計(jì)師余旭明舉例說，一枚僅6平方毫米的氮化鎵功放芯片，卻是載荷系統(tǒng)發(fā)射電路的關(guān)鍵核心元器件。它是深空信號(hào)傳輸?shù)摹胺糯箸R”，為天地通信搭建起高速路，且經(jīng)過工藝和電路設(shè)計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)射功耗降低了20%。目前，該所共有25種核心器件在載荷、火箭、地面測控等系統(tǒng)中應(yīng)用。

航天科工三院33所研制的石英撓性加速度計(jì)，則是讓夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙實(shí)時(shí)“感知”自身速度、位置的重要測量元件。如果有機(jī)會(huì)將它拆開，你會(huì)看到其核心部件石英擺片最薄的“梁”，厚度僅有頭發(fā)絲粗細(xì)的三分之一左右，可謂“吹彈可破”。因此其生產(chǎn)過程必須精雕細(xì)刻，且要在潔凈環(huán)境中完成裝配生產(chǎn)。

而在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的“座駕”長五B火箭上，一條輕巧綿薄的納米氣凝膠隔熱氈，能為發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤苈分苓叺碾娮釉骷峁┯行岱雷o(hù)。航天科工集團(tuán)三院306所第五技術(shù)部副主任張凡介紹，氣凝膠材料密度可低至水的四十分之一，卻能在1500攝氏度的高溫下顯示出優(yōu)異的隔熱性能，在載人航天、深空探測等航天工程中將大有作為。

中國空間站名為“天宮”，由天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙組成，建成后整體呈“T”字構(gòu)型。曾有航天專家比喻，中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間的“豪宅”?！叭摇敝柑旌秃诵呐撘约皢柼旌蛪?mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運(yùn)飛船。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功。 圖片｜新華社

據(jù)負(fù)責(zé)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙抓總研制的航天科技集團(tuán)八院空間站系統(tǒng)副總師柏合民介紹，空間站大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要由天和核心艙與問天實(shí)驗(yàn)艙承擔(dān)，所以夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙工作艙不需要部署睡眠區(qū)、衛(wèi)生間等生活設(shè)施，因而有充足的空間部署科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，“夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙稱得上是‘空間站在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的核心載體’”。

柏合民說，按照空間站“1+1+1=1”的核心設(shè)計(jì)理念，三艙最終實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，開展更大規(guī)模的空間研究實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)試驗(yàn)，推動(dòng)我國空間科學(xué)研究與應(yīng)用達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

“問天實(shí)驗(yàn)艙主要面向空間生命科學(xué)與生物技術(shù)研究，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則主要面向微重力科學(xué)研究?！笨臻g應(yīng)用系統(tǒng)副總師、中科院空間應(yīng)用中心研究員劉國寧告訴記者，通過夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙攜帶的8個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，能夠在微重力基礎(chǔ)物理、空間材料科學(xué)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)等方向開展相關(guān)的科學(xué)和應(yīng)用研究，預(yù)期能夠做出具有國際水平的科學(xué)成果。目前，在相關(guān)研究方向已規(guī)劃安排了約40項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

值得關(guān)注的是，除了艙內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜之外，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙還配置有兩塊可在軌展開的暴露載荷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)一步增強(qiáng)了空間站的載荷支持能力。這些實(shí)驗(yàn)機(jī)柜不僅數(shù)量繁多，種類也各不相同，未來飛行乘組中將增加載荷專家和工程師，他們將更高效地使用空間站的各類實(shí)驗(yàn)機(jī)柜。

為了最大化實(shí)現(xiàn)艙外實(shí)驗(yàn)支持能力，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙艙外還配置有37個(gè)載荷安裝工位，可為各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷提供機(jī)、電、熱、信息方面的能力支持，確保它們?cè)谔窄h(huán)境下開展各類實(shí)驗(yàn)。

中國空間站名為“天宮”，由天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三艙組成，建成后整體呈“T”字構(gòu)型。曾有航天專家比喻，中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間的“豪宅”?！叭摇敝柑旌秃诵呐撘约皢柼旌蛪?mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運(yùn)飛船。

繼“天和”“問天”之后，“夢(mèng)天”一旦轉(zhuǎn)位對(duì)接并完成系統(tǒng)集成，將使中國的天宮空間站再次產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師劉剛介紹，天宮空間站突出強(qiáng)調(diào)空間站三個(gè)艙段的系統(tǒng)統(tǒng)一。艙外活動(dòng)有雙氣閘艙備份，姿軌控有“天和”和“問天”備份，“夢(mèng)天”也可在關(guān)鍵功能方面進(jìn)行備份；三艙分布在同一平面，還能保證太陽翼不發(fā)生遮擋問題。通過3次發(fā)射分步實(shí)施，空間站建成后規(guī)模達(dá)百噸級(jí)（含載人飛船和貨運(yùn)飛船），在適度規(guī)模的條件下可以取得較高的研制效益，獲得高效率的資源利用和更強(qiáng)的系統(tǒng)冗余。

“夢(mèng)天”對(duì)接轉(zhuǎn)位后，將用一周左右時(shí)間把自身資源融入空間站組合體，與空間站其他兩艙實(shí)現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理。屆時(shí)，空間站將完成繼“問天”組裝后再一次系統(tǒng)集成。

系統(tǒng)集成后，三艙為航天員提供的生活、工作環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。三艙組合體密封空間連通，形成完整的空氣循環(huán)，空氣壓力、成分及溫濕度都能得到統(tǒng)一控制，并隨著空氣流動(dòng)均勻化，可讓航天員在各艙段內(nèi)都處于適宜的環(huán)境中。

通過系統(tǒng)集成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各艙段內(nèi)設(shè)備按需調(diào)配和重構(gòu)，在控制系統(tǒng)和機(jī)械臂應(yīng)用等方面也都會(huì)有不同程度的改變，這都得益于我國空間站超前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

“此外，為兼顧到組合體構(gòu)型，我們確保問天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的尺寸、質(zhì)量特性大體一致，從而獲得整體構(gòu)型下較好的動(dòng)力學(xué)特性，而且從布局上都采用了工作艙—?dú)忾l艙—資源艙的順序。這一設(shè)計(jì)，可在實(shí)驗(yàn)艙出現(xiàn)緊急情況時(shí)及時(shí)與其他艙段隔離，確?？臻g站在軌穩(wěn)定運(yùn)行?！眲傉f。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與長征五號(hào)B火箭組合體在發(fā)射塔架。圖片｜中國載人航天官網(wǎng)

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入海南文昌航天發(fā)射場。圖片｜中國載人航天官網(wǎng)

從“一”字構(gòu)型，到“L”字構(gòu)型，再到“T”字構(gòu)型，這幾個(gè)看似簡單的符號(hào)，凝結(jié)著我國載人航天工程30年的心血。今年是中國空間站建造的決戰(zhàn)決勝之年，也是中國載人航天工程立項(xiàng)實(shí)施30周年。

按照載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的成功發(fā)射標(biāo)志著“第三步”即將完成。后續(xù)，我國空間站將轉(zhuǎn)入為期10年以上的應(yīng)用與發(fā)展階段。初步計(jì)劃每年發(fā)射兩艘載人飛船和兩艘貨運(yùn)飛船。同時(shí)，將研制新一代載人運(yùn)載火箭和載人飛船，并考慮研發(fā)空間站擴(kuò)展艙段，進(jìn)一步提升工程綜合能力和技術(shù)水平。

從“天和”到“問天”再到“夢(mèng)天”，中國空間站三大艙段都從文昌航天發(fā)射場飛向太空，使得文昌航天發(fā)射場贏得了中國空間站建造母港的美譽(yù)。

“中國空間站從這里飛向太空，這是航天人的驕傲！”西昌衛(wèi)星發(fā)射中心主任鄧洪勤說，“空間站建造任務(wù)百分之百成功發(fā)射要求極高，這一成就展現(xiàn)出文昌航天發(fā)射場日益重要的作用，也反映了我們航天發(fā)射能力的不斷提高?！?/p>

夢(mèng)圓航天，正當(dāng)其時(shí)。

◎ 來源|綜合光明日?qǐng)?bào)、北京日?qǐng)?bào)