2021年4月29日11時23分，中國空間站天和核心艙在長征五號B遙二運載火箭托舉下，從文昌航天發(fā)射場點火升空并順利進入預定軌道。

這是我國載人航天取得的又一項突破性成就。

天和核心艙發(fā)射任務成功，不僅標志著我國載人航天工程“三步走”成功邁出第三步，開始建造長期有人照料的空間站，更宣告了中國開啟空間站任務的新時代。

太空正在離中國人越來越近！

誰先發(fā)射？天和核心艙一飛沖天

濃云密布之下，乳白色的長征五號B遙二運載火箭愈顯高大挺拔。

“15分鐘準備！”4月29日11時08分，發(fā)射任務01指揮員廖國瑞的口令響徹文昌航天發(fā)射場。

文昌航天發(fā)射場隸屬西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，是我國唯一的瀕海發(fā)射場，2020年以來成功完成我國首次火星探測、嫦娥五號等重大航天發(fā)射任務?！澳壳?，發(fā)射場已經具備持續(xù)執(zhí)行高強度航天發(fā)射任務的能力?！蔽鞑l(wèi)星發(fā)射中心人力資源部主任趙新說。

“10、9……3、2、1，點火！”11時23分，伴隨著隆隆巨響，長征五號B遙二運載火箭托舉著天和核心艙拔地而起。

這是長征五號B運載火箭的首次應用性發(fā)射，也是2020年5月5日成功首飛后的第二次飛行。

長征五號B遙運載火箭是專門為我國載人航天工程空間站建設而研制的一型新型運載火箭，也是我國目前近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭。中國航天科技集團一院長征五號B運載火箭系統(tǒng)總設計師李東說：“發(fā)射載人空間站艙段，只有長征五號B運載火箭能夠勝任。”

約494秒后，天和核心艙與火箭成功分離，進入預定軌道。

12時36分，太陽能帆板兩翼順利展開且工作正常。捷報傳來：空間站天和核心艙發(fā)射任務取得圓滿成功。

對此，中國航天科技集團五院空間站任務總指揮王翔指出，天和核心艙是中國空間站發(fā)射入軌的首個艙段，也是目前我國自主研制的規(guī)模最大、系統(tǒng)最復雜的航天器。天和核心艙主要用于空間站的統(tǒng)一控制和管理，具備長期自主飛行能力，可支持航天員長期駐留，開展航天醫(yī)學、空間科學實驗和技術試驗。

下一步，天和核心艙將按既定飛行程序，展開各項動作，開展在軌工作，并等待貨運飛船和載人飛船的到來。

“這次發(fā)射任務成功，標志著中國空間站在軌組裝建造全面展開，為后續(xù)關鍵技術驗證和空間站組裝建造順利實施奠定了堅實基礎?！敝袊d人航天工程辦公室主任郝淳表示。

有何不同？在第三代基礎上“別出心裁”

20世紀 90 年代初，我國載人航天工程正式啟動，實施“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗;第二步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發(fā)射空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應用問題;第三步，建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應用問題。目前，“三步走”中的“前兩步”均已實現(xiàn)。

王翔介紹，空間站是一種在近地軌道長時間運行、可滿足航天員長期在軌生活、工作以及地面航天員尋訪的載人航天器，代表了當今航天領域最全面、最復雜、最先進、最綜合的科技成果。

2010年9月25日，中國空間站工程正式獲批實施。王翔說：“建成和運營近地載人空間站，將使我國成為獨立掌握近地空間長期載人飛行技術，具備長期開展近地空間有人參與科學技術試驗和綜合開發(fā)利用太空資源能力的國家。”

目前空間站的構型主要分為第三代和第四代，中國空間站屬于哪一代？

“第三代空間站采用積木式構型，它是由一個艙段、一個艙段在太空對接而成，也叫組合式空間站?！比珖臻g探測技術首席科學傳播專家龐之浩介紹道。蘇聯(lián)建造發(fā)射了世界第一座積木式空間站“和平號”，其大大增加了航天員的活動空間和空間站的壽命，使艙內航天員不僅能長時間生活、工作，而且可以開展多種實驗。

國際空間站為第四代空間站，采用桁架掛艙式構型， 以上百米的組裝式桁架為基礎結構，然后將多個艙段和設備安裝在桁架上。這種空間站采用集中式供電，太陽能電池板位于桁架兩端，中間對接了一些太空艙。

我國建造的第一座空間站名叫“天宮”，沒有走傳統(tǒng)先建造單艙式，再建造多艙式空間站的老路，而是一上來就建造多艙式空間站，達到世界第三代空間站水平，屬“經濟適用型”，其特點是起點高、效益高、技術新、保障強。

“天宮”雖然也采取了積木式構型，但又與“和平號”空間站有一些不同?！拔覀兊膬蓚€大太陽能電池板是放在兩個實驗艙兩端，這樣就不會因為遮擋而影響電力的利用率，光電轉換效率達到了約30%。”龐之浩說。另外，我國空間站采用了許多新技術，例如，大型柔性太陽電池翼、再生式生命保障系統(tǒng)、電推進系統(tǒng)、首尾兩端配置相同的大型空間機械臂等，所以使用效益比較高。

據(jù)權威專家介紹，我國空間站從建造成本和應用效益的角度綜合分析，是符合中國國情和實際需要的理性選擇，既不貪大求全，又規(guī)模適度。中國空間站載荷支持效率高，可提供多種標準接口，有望取得較高的工程應用效益。

長什么樣？三室兩廳還帶儲藏間

“如果神舟飛船是一輛轎車，那么天宮一號和天宮二號就相當于一室一廳的房子，中國空間站則像是三室兩廳還帶儲藏間?！闭劶翱臻g站的樣子，中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設計師朱光辰給出這樣形象的比喻。

中國空間站整體呈T字構型，有三個艙段——1個核心艙和2個實驗艙，核心艙居中，實驗艙Ⅰ和實驗艙Ⅱ分別連接于兩側，每個艙都是20噸級，三艙組合體質量約66噸，未來還可擴展到180噸級。

這次率先入駐太空的，是“三室”之一——天和核心艙，全長16.6米，比五層樓房還要高;發(fā)射質量22.5噸，相當于三輛大客車的空重?！皦K頭”之大，不僅在中國目前研制的航天器中無可匹敵，也超過國際空間站的任何一個艙段。

顧名思義，核心艙是空間站的主控艙段，既是管理和控制中心，也是航天員生活的主要場所，還支持開展部分空間科學實驗和技術試驗。它好比是大樹樹干，其他艙段安裝在它的接口上，如同枝葉向外生長。

核心艙內部設有豐富的功能區(qū)。中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總體主任設計師張昊表示，核心艙分為節(jié)點艙、小柱段、大柱段、后端通道和資源艙五部分。大柱段直徑為4.2米，小柱段直徑為2.8米，前者主要是航天員工作和實驗的地方，后者則是航天員的睡眠區(qū)和衛(wèi)生區(qū)，另外還設有就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)、鍛煉區(qū)，微波爐、冰箱、飲水機、太空自行車等配備到位。

實驗艙Ⅰ名叫“問天”，是開展艙內和艙外空間科學實驗和技術試驗的主陣地，也是航天員工作生活和應急避難的地方。這里配備了支持航天員出艙活動的專用氣閘艙和小型機械臂，能進行艙外載荷自動安裝操作。

實驗艙Ⅱ名為“夢天”，功能和實驗艙Ⅰ類似，用于生物、材料、微重力流體、基礎物理等方面的科學實驗。實驗艙Ⅱ還配有貨物專用氣閘艙，在航天員和機械臂的輔助下，可以支持貨物、載荷自動進出艙。

“三室”有了，“兩廳”和“儲藏間”在哪里呢？

核心艙共有3個對接口，前端的兩個對接口可對接?？績伤逸d人飛船，相當于“兩廳”;后端一個對接口用于接納貨運飛船停靠補給，相當于“儲藏間”。對接口還可以支持其他飛行器短期?？?，根據(jù)科學研究需求對接更多艙段，進一步擴展空間站規(guī)模。

有何用途？預計滾動實施近千項實驗項目

未來“三室兩廳還帶儲藏間”的中國空間站將由誰來入住？按計劃，中國空間站將有一個乘組3名航天員長期在軌飛行，乘組定期輪換。輪換期間，最多可有6名航天員同時在站工作。

中國空間站天然的高真空、微重力等獨特條件，可充分帶動空間科學、生命科學等前沿學科研究，推動原材料、元器件、智能制造等多領域先進技術發(fā)展，是開展科學研究的“太空實驗室”。

“在極端物理條件下，物質的運動規(guī)律、物理化學過程、生命過程等都可能會發(fā)生變化，這意味著重大科學突破的可能?！敝袊茖W院空間應用中心總體室主任、空間應用系統(tǒng)副總設計師鐘洪恩表示，中國空間站作為國家級太空實驗室，在艙內外部署了許多重大科學設施。這些設施支持在軌實施空間天文、空間材料科學等9個學科30余個主題的科學研究;空間站在軌運營10年以上，預計可滾動實施近千項實驗項目。

目前，空間應用系統(tǒng)在空間站3個艙段內共安排了13個科學實驗柜，每個實驗柜都相當于一個小型太空實驗室。空間站艙外還安排了若干暴露實驗平臺?？臻g站建造完成后，還會單獨發(fā)射“巡天”空間望遠鏡，與空間站共軌飛行，進行高分辨率天文觀測，開展天體物理和空間天文學研究。

載人航天代表著一個國家的綜合國力與科技實力，如果說它是塔尖上的事業(yè)，自主創(chuàng)新就是支撐航天人勇敢攀登的天梯。

中國空間站由我國自主建造，實現(xiàn)了產品全部國產化，部組件全部國產化，原材料全部國產化，關鍵核心元器件100%自主可控。以中國空間站機械臂為例，中國航天科技集團五院空間機械臂產品保證經理熊明華介紹稱，空間站機械臂項目曾入選“中國智能制造十大科技進展”，全部核心部件實現(xiàn)國產化，負載自重比、操控精度等指標達到世界領先水平。

2018年5月，中國載人航天工程辦公室與聯(lián)合國外空司面向聯(lián)合國各成員國發(fā)布了合作機會公告，邀請外國科學家參與中國空間站空間科學應用，事后共收到來自27個國家的42個項目建議書。經審議，太空腫瘤、星云氣體的光譜研究等9個項目成功入選。目前，中國載人航天工程已和聯(lián)合國外空司推進落實第一批實驗項目。

壽命有多長？“在軌不小于15年”

如同汽車在使用一定年限和里程后要報廢一樣，空間站也沒有永久壽命，只要使用，只要有人居住、工作和進行科學實驗，就會有損耗。那么中國空間站的設計壽命如何，又采取了哪些措施來保證長期在軌穩(wěn)定運行？

中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設計師侯永青介紹：“中國空間站設計在軌飛行10年，具備延壽到15年的能力。為了保證空間站在軌不小于15年長壽命，我們從設計伊始，就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計。具體來講，就是以系統(tǒng)和產品的長壽命和固有可靠性設計為基礎，配合開展系統(tǒng)和產品在軌故障診斷、處置預案設計、維修性設計，以實現(xiàn)長壽命、可靠性的既定目標。”

中國空間站在太空中安家后，將面對來自宇宙的各種威脅和挑戰(zhàn)，比如原子氧、紫外輻照、真空、溫度交變、空間碎片以及微重力等，這些危險元素可能會造成空間站的材料性能衰退，誘發(fā)故障，從而制約艙外電纜、表面涂層、光學鏡頭等產品和設備的使用壽命。

為了最大限度地減少損壞和傷害，設計團隊想方設法讓空間站變得更結實、更強壯?！霸谔旌秃诵呐撝鹘Y構設計時，我們從抗腐蝕、抗疲勞、抗斷裂三個維度進行了綜合分析和評價，從材料選擇、結構設計、構型、參數(shù)設計等方面進行了科學優(yōu)化的設計，并從材料到構件到艙段都進行了仿真驗證，以確保長壽命。”中國航天科技集團五院空間站核心艙結構分系統(tǒng)主任設計師施麗銘介紹說。

針對壽命問題，結構研制團隊還創(chuàng)新設計了健康監(jiān)測子系統(tǒng)。這個新增的子系統(tǒng)就像體檢醫(yī)生一樣，能在軌對承受的載荷以及自身的結構狀態(tài)進行實時監(jiān)測，也能對空間碎片等“飛來橫禍”進行監(jiān)測、定位和報警，一旦發(fā)現(xiàn)有空間碎片撞擊，能及時迅速報警，第一時間通知地面和航天員。它還能對艙內的壓力情況進行監(jiān)測，根據(jù)不同壓力指標進行分級報警。

為了應對空間碎片等“勁敵”的攻擊，天和核心艙熱控分系統(tǒng)針對長壽命可靠性問題，為空間站安裝了兩條相當于“大動脈”的管子——熱管輻射器，以便減少流體管在外暴露的面積，大大降低被空間碎片擊穿的風險。

怎么建？2年執(zhí)行11次飛行任務

按照中國空間站建造任務規(guī)劃，今明兩年將實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發(fā)射，4次貨運飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年完成中國空間站在軌建造，建成國家太空實驗室。具體來說，中國載人航天工程總設計師周建平介紹，中國空間站任務分為關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段。目前正處于關鍵技術驗證階段，這個階段，天和核心艙的成功發(fā)射是第一次任務，隨后還將發(fā)射2艘載人飛船、2艘貨運飛船。

這其中，天舟貨運飛船是向中國空間站運送貨物和推進劑等物資的使者，被親切稱為太空中的快遞小哥。中國空間站建造過程中，每次發(fā)射載人飛船前，我國都將先行發(fā)射貨運飛船，做到“兵馬未動，糧草先行”。

此前，我國已經成功發(fā)射天舟一號。天和核心艙成功發(fā)射后不久，下一個執(zhí)行任務的就將是天舟二號貨運飛船。

神舟載人飛船是我國自行研制的用于天地往返運輸人員和物資的載人航天器，此前，我國已經發(fā)射11艘神舟飛船，先后將11名航天員共14人次送入太空。最近的一次發(fā)射，是 2016年10月搭載航天員景海鵬和陳冬的神舟十一號。

接下來，天舟二號貨運飛船和天和核心艙對接后，神舟十二號飛船也將進入發(fā)射倒計時。中國航天時隔5 年，又將送3名航天員重返太空。

周建平說，在關鍵技術驗證階段，我國將在軌驗證空間站推進劑補加、再生生保、柔性太陽電池翼和驅動機構、大型柔性組合體控制、組裝建造、艙外操作、在軌維修等7大關鍵技術，為實施空間站組裝建造和長期運營任務奠定基礎。

關鍵技術驗證階段結束后，中國空間站就將進入組裝建造階段。周建平說，屆時，我國將發(fā)射“問天”實驗艙和“夢天”實驗艙，進行空間站基本構型的在軌組裝建造。

“這將是一段非常輝煌的試驗歷程。11次任務的完成，將意味著中國空間站正式建成?！敝芙ㄆ秸f。

現(xiàn)在，天和核心艙已經就位，中國空間站有了第一塊“積木”，我們期待第二塊、第三塊“積木”的早日到來。（本刊綜合）