“天宮”奇跡

文曲

“天宮一號(hào)”飛越中國(guó)大地。

在中國(guó)，幾乎每個(gè)人都聽(tīng)過(guò)《西游記》中美猴王大鬧天宮的故事。天宮，是中國(guó)人心目中最美妙的仙境。隨著各類空間站的建立，總有一天，普通人上天宮的夢(mèng)想也會(huì)成真。

當(dāng)今太空科技的發(fā)展，完全印證了航天理論奠基者康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基關(guān)于空間站的偉大設(shè)想。今天，國(guó)際空間站用科技和理想照亮了太空，各國(guó)科學(xué)家正在設(shè)計(jì)、發(fā)射和建造各種空間站，作為人類登陸月球、火星和小行星，進(jìn)入宇宙空間發(fā)展的基地。

我國(guó)科學(xué)家也制定了一系列宏偉的空間站建設(shè)計(jì)劃：首先，發(fā)射1個(gè)目標(biāo)飛行器和2座太空實(shí)驗(yàn)室，探索建設(shè)空間站的相關(guān)技術(shù);其次，逐步建成規(guī)模較大、長(zhǎng)期載人的“天宮”空間站。為此，我國(guó)首先研制發(fā)射了“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器和“天宮二號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)室。

2011年9月29日，“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，搭乘長(zhǎng)征2號(hào)F運(yùn)載火箭升空?！疤鞂m一號(hào)”的主體為圓柱型，總重量8506千克，長(zhǎng)度10.4米，直徑3.35米，內(nèi)部空間15立方米，前后各有一個(gè)對(duì)接口?！疤鞂m一號(hào)”可搭載3名航天員，采用實(shí)驗(yàn)艙和資源艙的兩艙型結(jié)構(gòu)，其外部安裝了一對(duì)展寬約18.4米的太陽(yáng)能帆板。其中，實(shí)驗(yàn)艙是供航天員工作、科研、訓(xùn)練、生活和休息的空間，它的前端安裝有一個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)，以及在交會(huì)對(duì)接中用于測(cè)量和通信的設(shè)備，支持空間站與飛船交會(huì)對(duì)接。資源艙的功能則是為飛行提供動(dòng)力，控制飛行姿態(tài)。資源艙中安裝了電源系統(tǒng)、導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)，以及太陽(yáng)能電池、控制力矩陀螺和燃料等。在“天宮一號(hào)”與“神舟號(hào)”飛船對(duì)接時(shí)，導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)尋找對(duì)接目標(biāo)。

為了避免航天員與空間站和設(shè)備碰撞，“天宮一號(hào)”內(nèi)部凸凹不平的地方都采用圓角設(shè)計(jì)，四周鋪上軟綿綿的保護(hù)層，以保證航天員的人身安全。為了讓航天員擁有在太空飛行期間的方向感，“天宮一號(hào)”內(nèi)部的上方布置的是藍(lán)色幕布，代表天空。而下方則是黑色的地板，代表大地。

“天和”核心艙的結(jié)構(gòu)

由于在太空中沒(méi)有重力，也沒(méi)有空氣阻力，航天員一直處于失重和漂浮的狀態(tài)，這很有趣，也很麻煩。航天員在失重和漂浮的狀態(tài)下，想前進(jìn)或后退，沒(méi)有著力點(diǎn)，有力也無(wú)處使。為了保證航天員在“天宮一號(hào)”內(nèi)能夠正?！靶凶摺保麄€(gè)艙壁上下前后安裝了30多個(gè)用于抓握的錦絲帶。這些錦絲帶長(zhǎng)約20厘米，相當(dāng)牢固和柔軟，可以保證航天員在失重飄移的狀態(tài)下有著力點(diǎn)。

2018年4月2日，“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛行器完成任務(wù)，重返大氣層，化為一道流星悄然而逝。

小試牛刀

2016年9月15日，“天宮二號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)室從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。“天宮二號(hào)”是我國(guó)第一座太空實(shí)驗(yàn)室。從外觀上看，“天宮二號(hào)”與“天宮一號(hào)”的模樣差不多，但“天宮二號(hào)”攜帶的科學(xué)儀器更多，也更為先進(jìn)，同時(shí)它還特別配備了一個(gè)機(jī)械臂。它的主要科學(xué)任務(wù)是開(kāi)展地球觀測(cè)、太空與地球系統(tǒng)科學(xué)、太空應(yīng)用新技術(shù)、太空技術(shù)和航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和試驗(yàn)，它的科學(xué)目標(biāo)是探測(cè)黑洞等極端天體，追尋恒星和星系演化的歷史，了解宇宙極端物理過(guò)程和規(guī)律，解答宇宙組成和演化的重大課題。

2016年10月17日，“神舟十一號(hào)”飛船發(fā)射成功。兩天后，“神舟十一號(hào)”飛船與“天宮二號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)室成功對(duì)接，乘坐“神舟十一號(hào)”升空的航天員景海鵬和陳冬對(duì)“天宮二號(hào)”開(kāi)始了為期30天的訪問(wèn)。兩位航天員利用“天宮二號(hào)”上搭載的先進(jìn)科學(xué)儀器，共計(jì)進(jìn)行了14項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是太空材料和太空生命等科學(xué)領(lǐng)域的前沿技術(shù)。比如空間冷原子鐘實(shí)驗(yàn)、天地量子密鑰分配和激光通信實(shí)驗(yàn)、熱毛細(xì)對(duì)流實(shí)驗(yàn)、太空材料實(shí)驗(yàn)、太空植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和太空機(jī)械臂操作實(shí)驗(yàn)，以及小衛(wèi)星伴飛實(shí)驗(yàn)等。

“天宮”空間站的結(jié)構(gòu)

“神舟十一號(hào)”飛船即將與“天宮二號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)室對(duì)接。

“天宮二號(hào)”是太空實(shí)驗(yàn)室階段任務(wù)的主要飛行器之一，先后與“神舟十一號(hào)”載人飛船、“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船進(jìn)行對(duì)接，承擔(dān)著驗(yàn)證空間站相關(guān)技術(shù)的重要使命，是我國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室。

2019年7月19日，“天宮二號(hào)”太空實(shí)驗(yàn)室完成預(yù)定任務(wù)，受控離軌并再入大氣層，墜落在南太平洋海域。

太空新征程

經(jīng)過(guò)“天宮一號(hào)”和“天宮二號(hào)”的完美飛行和試驗(yàn)，我國(guó)航天人努力朝著 “天宮”空間站的目標(biāo)前進(jìn)?！疤鞂m”空間站是一座組合式空間站，計(jì)劃由“天和”核心艙、“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙、“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙、“巡天”太空天文臺(tái)、“神舟號(hào)”飛船和“天舟”貨運(yùn)飛船等組成。空間站呈“T”字形， 2段實(shí)驗(yàn)艙分別連接在核心艙的左右兩端?！疤熘邸必涍\(yùn)飛船、“神舟”載人飛船分別對(duì)接于核心艙前后兩端。

“天宮”空間站的體積很大，直徑達(dá)5米，重量在100噸左右，空間約110立方米，電力100千瓦。空間站可同時(shí)支持3名航天員長(zhǎng)期生活和工作，在航天員乘組交替的數(shù)周或數(shù)月內(nèi)，可同時(shí)支持6名航天員短期飛行。

“天舟”貨運(yùn)飛船

長(zhǎng)征5 號(hào)B 運(yùn)載火箭運(yùn)送“天宮”空間站各個(gè)艙段。

長(zhǎng)征7 號(hào)火箭運(yùn)送“天舟”貨運(yùn)飛船。

長(zhǎng)征2 號(hào)F 火箭運(yùn)送“神舟”載人飛船。

“天和”核心艙是“天宮”空間站的主要艙段，全長(zhǎng)16.6米，重達(dá)22噸，直徑為4.2米，內(nèi)部空間為50立方米?！疤旌汀钡呐撏獍惭b一大一小兩架機(jī)械臂，其中大的機(jī)械手臂可以抓取25噸的物體，用于對(duì)接、安裝、變軌和分離等操作?！疤旌汀钡那岸耸且欢斡?個(gè)接口的節(jié)點(diǎn)艙，其中有3個(gè)出艙口。這個(gè)節(jié)點(diǎn)艙可以同時(shí)充當(dāng)航天員進(jìn)出太空的主要的氣閘艙?！皢?wèn)天”（實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ）和“夢(mèng)天”（實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ）同為科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙?！疤熘邸必涍\(yùn)飛船的主要任務(wù)，是為空間站運(yùn)送各種科學(xué)儀器、生活用品和清潔用水，以及運(yùn)回生活廢棄物等?！吧裰邸陛d人飛船承擔(dān)運(yùn)送航天員往返地球、作為“救生艇”應(yīng)急返回等任務(wù)。

此外，“巡天”太空天文臺(tái)是一架觀測(cè)太空和宇宙的太空望遠(yuǎn)鏡，將與“天宮”空間站共軌飛行。據(jù)說(shuō)，它重約十幾噸，在很多性能指標(biāo)上都超過(guò)了“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡，其分辨率與“哈勃”望遠(yuǎn)鏡相當(dāng)，但視場(chǎng)則要大上200多倍。

“天宮”空間站的體量實(shí)在是太大了，各艙段必須分別發(fā)射，在太空中進(jìn)行組裝。首先發(fā)射的是“天和”核心艙，待核心艙入軌，完成平臺(tái)測(cè)試及相關(guān)任務(wù)支持技術(shù)驗(yàn)證之后，再分別發(fā)射“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙，與核心艙對(duì)接，組合建成“天宮”空間站?！疤鞂m”空間站在軌運(yùn)行期間，由“神舟”載人飛船負(fù)責(zé)運(yùn)送航天員，“天舟”貨運(yùn)飛船負(fù)責(zé)運(yùn)送貨物和科學(xué)儀器等。

“天宮”空間站各艙段既是各自獨(dú)立的，具備獨(dú)立的飛行能力，又可以與核心艙組合成多種形態(tài)的太空組合體，完成各項(xiàng)任務(wù)?！疤鞂m”空間站主要的科學(xué)任務(wù)是驗(yàn)證生命保障系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，航天員中期在軌駐留試驗(yàn)、貨運(yùn)飛船在軌試驗(yàn)等，還將開(kāi)展部分太空科學(xué)和航天醫(yī)學(xué)試驗(yàn)?？臻g站上將開(kāi)展太空科學(xué)研究和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，如生命科學(xué)、材料科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、微重力科學(xué)、天文學(xué)和基礎(chǔ)物理等領(lǐng)域的研究。“天和”核心艙將長(zhǎng)期有人駐守。

2021年上半年，我國(guó)將發(fā)射“天宮”空間站的“天和”核心艙。2023年前，“問(wèn)天”和“夢(mèng)天”科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙也將相繼發(fā)射，并與“天和”核心艙對(duì)接和組合飛行?！疤鞂m”空間站的航天員將分組分批上天，每組通常為3～6人。每半年，將會(huì)輪換一批航天員執(zhí)行駐守任務(wù)。

當(dāng)全部建成后，“天宮”空間站可根據(jù)需求擴(kuò)大艙段和規(guī)模。在核心艙的前端增建A、B、C 3個(gè)艙段，組成小“T”字型。A艙段后端與核心艙前端對(duì)接。B、C艙段與A艙段前端的左右處對(duì)接。屆時(shí)，“神舟”載人飛船將停泊在A艙段的正前端。根據(jù)需求，“天宮”空間站可以增配第2艘載人飛船，以備緊急返回時(shí)作為“救生艇”。第2艘載人飛船對(duì)接于“天和”核心艙前端下方。這時(shí)，空間站駐留的航天員人數(shù)可提高到3～6名，“天宮”空間站的重量將達(dá)到180～200噸。

未來(lái)，“天宮”空間站還會(huì)發(fā)生怎樣的奇跡呢？且讓我們拭目以待。