7月19日晚，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室在軌飛行1036天后返回地球。擔(dān)負(fù)并完成中國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步第二階段重要任務(wù)的天宮二號(hào)，是我國第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師說，天宮二號(hào)在載人航天任務(wù)中起到了“承上啟下”的作用，意義深遠(yuǎn)。

請關(guān)注今日出版的《解放軍報(bào)》的詳細(xì)報(bào)道——

中國空間站的“天宮基因”

■鄒維榮 韓阜業(yè)

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室在與神舟十一號(hào)載人飛船交會(huì)對接。

7月19日晚，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室在軌飛行1036天后返回地球。

擔(dān)負(fù)并完成中國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步第二階段重要任務(wù)的天宮二號(hào)，是我國第一個(gè)真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。中國載人航天工程總設(shè)計(jì)師說，天宮二號(hào)在載人航天任務(wù)中起到了“承上啟下”的作用，意義深遠(yuǎn)。

說起“承上啟下”，那么天宮二號(hào)的大量試驗(yàn)自然是為將來完成空間站任務(wù)作準(zhǔn)備的，隱約可見中國空間站的影子。

據(jù)悉，目前我國空間站研制建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn),并已為其冠名“天宮”。今天，就讓我們通過天宮二號(hào)一探究竟。

舒適宜居：航天員“太空之家”

空間站時(shí)代，航天員在外太空駐留，主要是在空間站內(nèi)工作和生活。那么如何高效維護(hù)航天員在軌駐留期間的身體健康、方便其太空生活和工作，就成為擺在科研人員面前的一項(xiàng)重大課題。

依據(jù)國際慣例，在外太空駐留30天以上就可稱作中期駐留。航天員景海鵬和陳冬在軌33天，完成了中期在軌駐留任務(wù)。天宮二號(hào)通過驗(yàn)證航天員駐留能力，為中國空間站航天員長期在軌駐留奠定了基礎(chǔ)。

天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室總設(shè)計(jì)師朱樅鵬介紹，為成功實(shí)現(xiàn)航天員中期駐留，天宮二號(hào)研制團(tuán)隊(duì)從提高生活質(zhì)量、降低工作負(fù)荷、改善睡眠環(huán)境和娛樂條件等方面，對實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。這也是我國載人航天史上首次系統(tǒng)開展載人宜居環(huán)境設(shè)計(jì)。

“宜居技術(shù)主要分為內(nèi)部裝飾、艙內(nèi)活動(dòng)空間規(guī)劃、視覺環(huán)境與照明、廢棄物處理、物品管理、無線通話等幾個(gè)方面。這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的，就是為航天員提供人性化的空間家居環(huán)境?！碧鞂m二號(hào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)人員張雅彬說。

在內(nèi)部裝飾方面，研制團(tuán)隊(duì)結(jié)合航天員的建議和對國外飛行器的調(diào)研，用地板取代了地毯，讓地面變得更受力。白色地板上還布有些許灰色的點(diǎn)，以防止航天員產(chǎn)生視覺疲勞。

在艙內(nèi)活動(dòng)空間規(guī)劃方面，天宮二號(hào)將實(shí)驗(yàn)艙空間分為睡眠區(qū)和工作區(qū)，并安裝了多功能平臺(tái)，航天員可在這個(gè)平臺(tái)上吃飯、看書、工作。睡眠區(qū)還采取了降噪技術(shù)，以提高航天員睡眠質(zhì)量。

在視覺環(huán)境與照明方面，艙內(nèi)燈光采用米黃色的色調(diào)，亮度可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，并為每個(gè)航天員安裝了床前燈。

身處外太空，失重環(huán)境會(huì)給航天員工作和生活帶來很多不便。為此，在天宮二號(hào)上進(jìn)行了諸多針對性設(shè)計(jì)：增加硬質(zhì)扶手，方便航天員在艙內(nèi)借力活動(dòng)；配置腰部扎帶，扎帶兩頭設(shè)有固定環(huán)，只要兩邊固定住，航天員四肢均可解放；設(shè)計(jì)無線頭戴，以實(shí)現(xiàn)無線通話等。

天宮二號(hào)的天地通信能力也得到了優(yōu)化。以前天宮一號(hào)只能通過電子郵件接收簡單的文本信息，如今天宮二號(hào)的航天員不僅可以接收圖片和視頻，還能觀看地面上的電視節(jié)目、電影等。

2016年10月24日，在天宮二號(hào)里已工作生活6天的航天員景海鵬、陳冬，就收到了一份珍貴禮物——來自祖國東南西北的哨兵錄制的視頻，向他們送上濃濃的祝福。得知那一天是景海鵬50歲生日，廣大官兵及讀者紛紛通過本報(bào)表達(dá)對景海鵬的生日祝福。

可以暢想，在冷寂的太空，未來的中國空間站將是一個(gè)令人神往的“溫暖之家”。

能量補(bǔ)給：貨運(yùn)船“空中加油”

空間站要長期運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)所需的推進(jìn)劑以及人員相應(yīng)的工作生活物資必不可少。這就需要有一個(gè)專門的運(yùn)輸工具，負(fù)責(zé)運(yùn)輸貨物補(bǔ)給并為空間站“加油”。

據(jù)了解，中國空間站在軌運(yùn)行期間，將由“神舟”載人飛船提供乘員運(yùn)輸，由天舟貨運(yùn)飛船提供補(bǔ)給支持。因此，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，將是中國空間站的另一個(gè)“天宮基因”。

推進(jìn)劑加注是個(gè)“慢工出細(xì)活”的過程。在地面加注推進(jìn)劑尚且困難而又危險(xiǎn)，試想在茫茫太空進(jìn)行無人操作的推進(jìn)劑補(bǔ)加該是一件多難的事情。為突破在軌補(bǔ)加技術(shù)，天宮二號(hào)研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了為期3年的刻苦攻關(guān)。

北京航天飛行控制中心飛控總體主任設(shè)計(jì)師姜萍介紹，在太空實(shí)施推進(jìn)劑補(bǔ)加，涉及到氧化劑、燃燒劑兩種推進(jìn)劑，對設(shè)計(jì)的安全性、可靠性提出了更嚴(yán)更高的要求：需要考慮兩個(gè)目標(biāo)、上百個(gè)閥門、幾百米長的管路，以及對幾十種關(guān)鍵設(shè)備、軟件的控制。此外，整個(gè)補(bǔ)加流程包含幾十個(gè)步驟，每個(gè)步驟又包含很多分支及指令，這些步驟和指令層層約束、環(huán)環(huán)相扣，不可有任何閃失。

為了解決這些難題，天宮二號(hào)研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出推進(jìn)劑補(bǔ)加協(xié)同控制流程，解決了推進(jìn)劑補(bǔ)加過程的強(qiáng)耦合問題，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)加過程的快速重新規(guī)劃，以及正常和應(yīng)急情況下各類分支的快速重構(gòu)與切換。

管路吹除是“太空加油”的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既要根據(jù)實(shí)際吹除時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整控制序列，又要嚴(yán)格按照時(shí)序?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行協(xié)同控制。任務(wù)中，閥門打開順序、時(shí)間間隔都必須分毫不差，否則就可能造成推進(jìn)劑凍結(jié)，堵塞補(bǔ)加管路。

“我們的推進(jìn)劑補(bǔ)加流程動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)很好地解決了這個(gè)問題，確保了補(bǔ)加過程順利進(jìn)行。”姜萍說，中心已經(jīng)突破了動(dòng)態(tài)規(guī)劃、推進(jìn)劑補(bǔ)加可視化、多目標(biāo)協(xié)同控制和故障實(shí)時(shí)診斷等多項(xiàng)飛行控制關(guān)鍵技術(shù)，未來中國空間站的在軌補(bǔ)加將更加安全可靠。

故障維修：機(jī)械臂靈活自如

外太空環(huán)境復(fù)雜，空間站在長期運(yùn)行過程中難免要進(jìn)行設(shè)備的維修。與地面維修相比，在軌維修難度大、要求高，除了具備設(shè)備維修需要的技術(shù)和動(dòng)手能力外，航天員還需要克服空間狹小和微重力環(huán)境等障礙。

為提前驗(yàn)證在軌維修技術(shù)，為空間站建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，天宮二號(hào)承擔(dān)了一系列在軌維修技術(shù)試驗(yàn)任務(wù)，包括液路維修、整機(jī)帶電維修、板卡維修等試驗(yàn)項(xiàng)目。

空間站在軌運(yùn)行的時(shí)候需要進(jìn)行熱交換，即把艙里的熱量帶到艙外區(qū)，這個(gè)過程由熱管理系統(tǒng)完成。熱管理系統(tǒng)需要定期維護(hù)，零部件出現(xiàn)問題要及時(shí)更換。

“更換維修是在線狀態(tài)下進(jìn)行的，驗(yàn)證試驗(yàn)無法在正樣產(chǎn)品上進(jìn)行，因此航天員將在天宮二號(hào)攜帶的獨(dú)立系統(tǒng)上進(jìn)行驗(yàn)證操作。”張雅彬說。

空間站上的電子設(shè)備眾多，如果出現(xiàn)故障，需要進(jìn)行電子單機(jī)的維修。電子單機(jī)在軌維修的一大特點(diǎn)是帶電維修，即在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行維修。因?yàn)榭臻g站運(yùn)行階段，無法讓設(shè)備停止運(yùn)行以后再進(jìn)行維修。這也是在軌維修的技術(shù)難點(diǎn)之一。

2016年10月23日，天宮二號(hào)上的另一個(gè)“小伙伴”——由中國科學(xué)院研制的天宮二號(hào)伴隨衛(wèi)星成功釋放。這顆47公斤重、相當(dāng)于一臺(tái)打印機(jī)大小的伴隨衛(wèi)星，充當(dāng)?shù)氖恰靶∽o(hù)士”一樣的角色，可從外部對飛行器進(jìn)行故障檢測，還可完成其他地面指令。

在天宮二號(hào)執(zhí)行任務(wù)中，人機(jī)協(xié)同在軌維修技術(shù)也得到了驗(yàn)證。通過交互軟件和數(shù)據(jù)手套，航天員對機(jī)械臂操作終端系統(tǒng)進(jìn)行控制。也就是說，航天員戴數(shù)據(jù)手套做動(dòng)作，機(jī)械臂也會(huì)做出同樣動(dòng)作。這項(xiàng)試驗(yàn)獲得了大量珍貴數(shù)據(jù)資料，對未來空間站的長期維護(hù)至關(guān)重要。

在天宮二號(hào)里，機(jī)械臂完成了使用操作工具的精細(xì)維修動(dòng)作，并完整拆換了一臺(tái)單機(jī)。

在完成機(jī)械臂拓展試驗(yàn)后，航天員景海鵬與機(jī)械臂握手，并向地面報(bào)告：“神舟十一號(hào)報(bào)告，握手感覺良好！祝賀機(jī)械臂！祝賀天宮！”

與其說這是一次握手，不如說是一次接力。天宮二號(hào)執(zhí)行任務(wù)中的創(chuàng)新和拼搏，將會(huì)以“天宮基因”的方式在中國空間站上繼續(xù)大放異彩。

天宮二號(hào)，永恒存在！

中國空間站，值得期待！