11月3日上午9時32分，在我們頭頂約400公里的太空，中國空間站迎來了歷史性的時刻，天和、問天、夢天三艙組合體形成了“T”字構(gòu)型，中國空間站基本構(gòu)型自此全部組裝完成。從去年4月29日天和核心艙發(fā)射升空開始單艙飛行，到今年問天實驗艙升空并成功對接、轉(zhuǎn)位，再到今天夢天實驗艙轉(zhuǎn)位成功，中國空間站三個20噸級的大艙段全部到位，航天員們迎來了“三室兩廳”的生活工作空間，完成基本構(gòu)型的中國空間站也將迎來測試和評估的忙碌時光。

11月3日上午，在距離地面約400公里的太空軌道上，中國空間站即將開始建造“T”字型構(gòu)造的最后一步。兩天前對接成功的夢天實驗艙將從天和核心艙的前向?qū)涌诜蛛x，轉(zhuǎn)位至核心艙的側(cè)向停泊口。

夢天艙是中國空間站三艙組合體的最后一個艙段。在此之前，天和核心艙和問天實驗艙都已經(jīng)成功進入軌道并形成了兩艙組合體在軌飛行。

【資料圖】

隨著空間站構(gòu)型逐漸完整，任務(wù)的復(fù)雜度也越來越高，難度越來越大，夢天艙此次任務(wù)從發(fā)射階段開始，對時間和精度的要求就是三艙中最高的。

西昌衛(wèi)星發(fā)射中心副主任毛萬標(biāo)：“這次零窗口發(fā)射的要求比前面的更高，主要是空間站的構(gòu)型不一樣，是一個L型，不對稱的結(jié)構(gòu)，調(diào)相的能力相對來說比較弱一些，這就需要我們很準(zhǔn)時地把航天器打上去。我們這次形成了一百多份預(yù)案，確保每一個環(huán)節(jié)都可控。”

成功發(fā)射，精準(zhǔn)入軌，為夢天艙與空間站組合體交會對接提供了良好的基礎(chǔ)。在夢天艙發(fā)射前，空間站組合體就已經(jīng)完成了一次180度的調(diào)頭，前向?qū)涌诔蛄藟籼炫撢s上來的方向，11月1日凌晨4點27分，夢天艙成功對接在了組合體的前向?qū)涌冢麄€交會對接過程歷時大約13個小時。而夢天艙最后的轉(zhuǎn)位，是整個空間站基本構(gòu)型組裝過程中最復(fù)雜的任務(wù)之一。

北京航天飛行控制中心空間站任務(wù)總工程師孫軍：“涉及到了多個艙段和多條飛船貨船的協(xié)同組合控制，在實施過程中我們都要考慮到影響實施的各個因素，包括測控條件、軌道的條件，還有能源約束、光照條件等等?！?/p>

航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師柏林厚：“我們有兩套轉(zhuǎn)位方案。第一套轉(zhuǎn)位工具叫轉(zhuǎn)臂，就是一根兩自由度的轉(zhuǎn)位的桿子；第二個是機械臂，如果轉(zhuǎn)臂在轉(zhuǎn)位過程中出現(xiàn)了問題，可以用機械臂去接手，再完成后續(xù)的轉(zhuǎn)位任務(wù)。機械臂除了作為備份手段，還有一個很重要的用途，因為機械臂上有攝像機，利用它的攝像機可以監(jiān)視整個轉(zhuǎn)位過程，讓地面監(jiān)視人員清楚看到轉(zhuǎn)位過程到哪一步了，有沒有出現(xiàn)問題?！?/p>

在空間站所在的太空軌道，重力影響微乎其微，但是要把近18米長、23噸重的夢天艙在太空精準(zhǔn)轉(zhuǎn)上90度，到達指定位置，也是一件非常困難的事情。為此，夢天艙特地攜帶了專門的轉(zhuǎn)位機構(gòu)，像是一個手臂，緊緊抓住核心艙后，開始帶動夢天艙轉(zhuǎn)動。

柏林厚：“這里面有一個需要解決的問題，就是不能夠在轉(zhuǎn)位過程中損壞轉(zhuǎn)臂。這就要求整個轉(zhuǎn)位過程中無論是核心艙還是問天艙或者是夢天艙，它的姿態(tài)都不能啟控，也就是說姿態(tài)要處于停控的狀態(tài)?！?/p>

在正常的飛行狀態(tài)下，地面會實時調(diào)整空間站的飛行姿態(tài)，保證飛行安全，但是一旦姿態(tài)控制發(fā)動機點火，就可能給正在工作的轉(zhuǎn)臂施加干擾。因此轉(zhuǎn)位時，地面將暫?？刂瓶臻g站的飛行姿態(tài)，此時它就像是自己在太空中飛行的風(fēng)箏，要確保組合體和航天員的安全，就要保證測控這根看不見的風(fēng)箏線不能斷線。

柏林厚：“為了解決這個問題，要能預(yù)測出來整個組合體姿態(tài)漂移的情況，建立整個空間站的數(shù)字模型，利用模型做動力學(xué)仿真，停了以后應(yīng)該怎么轉(zhuǎn)？根據(jù)轉(zhuǎn)的軌跡或者轉(zhuǎn)的趨勢，還可以實現(xiàn)跟蹤、控制?！?/p>

夢天艙到位后，在中國空間站“T”字構(gòu)型的兩端，兩個實驗艙就像是一雙翅膀。和此前已經(jīng)到位的問天艙相比，夢天艙的長度和它基本一致，外形看起來相差不大，一共有三個艙，分別是載荷艙、工作艙和資源艙，但是在艙體里面還別有洞天，包含著第四個艙段。

航天科技集團八院空間站系統(tǒng)夢天實驗艙主任設(shè)計師樊萍：“實際上它是一個艙中艙的結(jié)構(gòu)，有一個貨物氣閘艙是隱藏在載荷艙里面的，我們把它形象地稱為‘套娃’。”

這樣獨特的設(shè)計是緊緊圍繞夢天艙的科學(xué)實驗屬性來進行的。

樊萍：“夢天實驗艙我覺得它是比較獨特的，專注于做實驗的艙段，可以說是空間站三艙專門的工作室。在艙內(nèi)它帶了13個科學(xué)實驗機柜，在艙外也布置有37個載荷暴露平臺（工位），將來會有更多的載荷進行艙外暴露載荷試驗?！?/p>

此前，問天艙上也設(shè)計了22個艙外載荷點，兩個實驗艙加起來，一共可以放置近60個艙外載荷，如果每次都靠航天員出艙放置和回收，會給它們帶來很大的負(fù)擔(dān)。這個套在夢天艙載荷艙內(nèi)的貨物氣閘艙就是為了實現(xiàn)貨物自主進出專門設(shè)計的。只要貨物氣閘艙分別打開內(nèi)艙門和外艙門，就可以通過載荷轉(zhuǎn)移機構(gòu)和機械臂來實現(xiàn)貨物在艙內(nèi)外的進出。

航天科技集團八院空間站項目辦計劃經(jīng)理劉慧穎：“航天員在工作艙內(nèi)穿著艙內(nèi)航天服就可以非常靈巧地把載荷裝載在上面。裝載上去以后，自動地讓它伸出去，會有一個靈巧的設(shè)計，轉(zhuǎn)90度，就伸出載荷艙大肚子了。這樣可以讓艙外的機械臂來接力干活，把它放到要去的點位，我們設(shè)計的可以有400公斤以上，長寬高可以達到一米二，大一點的載荷，不適合航天員攜帶的載荷，都可以從這兒自動地進出艙?！?/p>

夢天艙內(nèi)的大容量，也為我國空間科學(xué)實驗和研究提供了更好的平臺。三個月前跟隨問天艙升空的實驗機柜中，太空種植的水稻已經(jīng)開始結(jié)穗。這次又有9個科學(xué)實驗柜和一個共用機柜跟隨夢天艙升空。與此前更多聚焦生命科學(xué)實驗的問天艙相比，夢天艙將開展更多領(lǐng)域、更多類型的空間科學(xué)實驗。

中科院空間應(yīng)用中心研究員張璐：“夢天艙是三艙里面實驗柜（支持科學(xué)實驗）類型最多、數(shù)量最多的，包括微重力物理的、兩相流的，微重力流體物理的，微重力燃燒科學(xué)的三個科學(xué)實驗柜。同樣在夢天艙也放了一個材料科學(xué)的，叫高溫材料科學(xué)實驗柜，來進行一些材料科學(xué)的研究。同時還有兩個關(guān)于基礎(chǔ)物理方面，一個超冷原子物理實驗柜，還有世界上在軌最高精度時頻系統(tǒng)，可以支持天地時間比對，包括天基授時，甚至對于未來遠(yuǎn)景的太空旅行可以有很好的時間基準(zhǔn)。”

夢天艙的實驗雖然側(cè)重空間科學(xué)基礎(chǔ)研究，但是在研究基礎(chǔ)理論的同時，科學(xué)家們也希望能盡快讓研究成果投入應(yīng)用。比如，聽起來似乎很陌生的兩相系統(tǒng)實驗柜，就是研究液體加熱后蒸發(fā)、遇冷后凝結(jié)這樣的現(xiàn)象在太空中會有哪些變化，這些研究結(jié)果將對后續(xù)的航天工程有很大意義。

中科院力學(xué)研究所、兩相實驗系統(tǒng)主任設(shè)計師劉秋生：“很多地面的設(shè)備其實都是兩相系統(tǒng)。像咱們冰箱里邊的氟利昂、制冷劑，像空間站的冰箱、空間站的制冷、空間站的生保系統(tǒng)管理、空氣調(diào)節(jié)器等等這些都需要這個。所以我們研究的目的也就是為了了解它的特殊規(guī)律，與地面的不同，這些都是將來直接針對空間站，或者是載人、探月，在微重力環(huán)境下熱設(shè)備的研發(fā)。”

這個兩相系統(tǒng)實驗柜的柜體表面布設(shè)了許多管線，在實驗過程中，航天員需要經(jīng)常插拔，來更換實驗氣體或液體。為了保證航天員的安全和實驗的順利進行，工程師在設(shè)計時也考慮到了每一個細(xì)節(jié)。

從天和升空到夢天升空，中國空間站在軌運行時間越來越長，一些設(shè)備零部件和實驗?zāi)K也需要在軌進行更換和維修。此次夢天艙還專門搭載了一臺在線維修裝調(diào)操作柜，為在軌實驗和空間站飛行提供更可靠的保障。

中科院空間應(yīng)用中心、在線維修裝調(diào)操作柜主管設(shè)計師王輔輔：“它就是空間站應(yīng)用系統(tǒng)的一個操作工廠，以及實驗室。在線柜里面有一個機械臂，這個機械臂是0.1毫米操作精度的七自由度機械臂，可以通過遙操作實現(xiàn)多種精細(xì)操作，并且可以協(xié)助航天員進行多種操作任務(wù)?！?/p>

相比其他實驗柜，在線維修裝調(diào)柜并不僅僅為某一類科學(xué)研究服務(wù)。它為航天員提供了整個空間站最大的密閉空間，既可以維修裝配大型零部件，也擅長對各類實驗的最終材料進行無害化處理。

王輔輔說：“我們定義就是臟活累活，比如像各種廢氣廢液廢渣，在里面處理完之后就可以把廢氣廢液和固體廢棄物通過吸附給吸附到下面幾個過濾筒，打開柜門的時候就不會對空間站造成污染。”

現(xiàn)在，中國空間站“T”字型三艙組合體已經(jīng)建成，國家太空實驗室大規(guī)模的科學(xué)研究即將開啟。在未來十年乃至更長的時間內(nèi)，這些實驗柜將不斷更換實驗?zāi)K，甚至替換新的實驗柜，為更多的空間研究提供條件。

張璐：“目前看到所有實驗柜都是可以迭代升級的，我們留的大量標(biāo)準(zhǔn)的接口，這個實驗柜做了五年、十年以后，能夠做的研究項目都已經(jīng)結(jié)束了。完全可以有一些更新的、沒有涉足到的或者國際前沿的實驗柜再裝到這個柜子里面。如果可以的話，比如10年20年時間，能夠?qū)⑦@些科研成果轉(zhuǎn)化到地面應(yīng)用，包括醫(yī)學(xué)制藥研究、材料科學(xué)，有特種材料或者新型材料能夠去改變生活，能夠讓咱們的生活越來越好，越來越幸福?！?/p>

夢天到站，中國空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成。今天下午，神舟十四號航天員乘組已經(jīng)進入夢天實驗艙。接下來，他們將迎來一個忙碌的階段。在對夢天艙初步整理后，陳冬、劉洋和蔡旭哲三名航天員將在這個“三室二廳”里迎接后面即將到來的神十五航天員。后續(xù)中國空間站轉(zhuǎn)入運營階段。航天夢，強國夢。黨的二十大報告提出了加快建設(shè)航天強國的目標(biāo)任務(wù)。中國航天，萬眾期待。

關(guān)鍵詞： 中國空間站 科學(xué)實驗 兩相系統(tǒng)