7月19日晚，天宮二號空間實驗室在軌飛行1036天后返回地球。擔負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的天宮二號，是我國第一個真正意義上的空間實驗室。中國載人航天工程總設計師說，天宮二號在載人航天任務中起到了“承上啟下”的作用，意義深遠。

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中國空間站的“天宮基因”

■鄒維榮 韓阜業(yè)

天宮二號空間實驗室在與神舟十一號載人飛船交會對接。

7月19日晚，天宮二號空間實驗室在軌飛行1036天后返回地球。

擔負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的天宮二號，是我國第一個真正意義上的空間實驗室。中國載人航天工程總設計師說，天宮二號在載人航天任務中起到了“承上啟下”的作用，意義深遠。

說起“承上啟下”，那么天宮二號的大量試驗自然是為將來完成空間站任務作準備的，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穩(wěn)步推進,并已為其冠名“天宮”。今天，就讓我們通過天宮二號一探究竟。

舒適宜居：航天員“太空之家”

空間站時代，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。天宮二號通過驗證航天員駐留能力，為中國空間站航天員長期在軌駐留奠定了基礎。

天宮二號空間實驗室總設計師朱樅鵬介紹，為成功實現(xiàn)航天員中期駐留，天宮二號研制團隊從提高生活質(zhì)量、降低工作負荷、改善睡眠環(huán)境和娛樂條件等方面，對實驗艙進行全新設計。這也是我國載人航天史上首次系統(tǒng)開展載人宜居環(huán)境設計。

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

在內(nèi)部裝飾方面，研制團隊結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，以防止航天員產(chǎn)生視覺疲勞。

在艙內(nèi)活動空間規(guī)劃方面，天宮二號將實驗艙空間分為睡眠區(qū)和工作區(qū)，并安裝了多功能平臺，航天員可在這個平臺上吃飯、看書、工作。睡眠區(qū)還采取了降噪技術，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)，亮度可以手動調(diào)節(jié)，并為每個航天員安裝了床前燈。

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

天宮二號的天地通信能力也得到了優(yōu)化。以前天宮一號只能通過電子郵件接收簡單的文本信息，如今天宮二號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表達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令人神往的“溫暖之家”。

能量補給：貨運船“空中加油”

空間站要長期運行，運轉(zhuǎn)所需的推進劑以及人員相應的工作生活物資必不可少。這就需要有一個專門的運輸工具，負責運輸貨物補給并為空間站“加油”。

據(jù)了解，中國空間站在軌運行期間，將由“神舟”載人飛船提供乘員運輸，由天舟貨運飛船提供補給支持。因此，天舟一號貨運飛船的推進劑在軌補加技術，將是中國空間站的另一個“天宮基因”。

推進劑加注是個“慢工出細活”的過程。在地面加注推進劑尚且困難而又危險，試想在茫茫太空進行無人操作的推進劑補加該是一件多難的事情。為突破在軌補加技術，天宮二號研制團隊進行了為期3年的刻苦攻關。

北京航天飛行控制中心飛控總體主任設計師姜萍介紹，在太空實施推進劑補加，涉及到氧化劑、燃燒劑兩種推進劑，對設計的安全性、可靠性提出了更嚴更高的要求：需要考慮兩個目標、上百個閥門、幾百米長的管路，以及對幾十種關鍵設備、軟件的控制。此外，整個補加流程包含幾十個步驟，每個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，天宮二號研制團隊創(chuàng)造性地設計出推進劑補加協(xié)同控制流程，解決了推進劑補加過程的強耦合問題，實現(xiàn)了補加過程的快速重新規(guī)劃，以及正常和應急情況下各類分支的快速重構與切換。

管路吹除是“太空加油”的一個關鍵環(huán)節(jié)，既要根據(jù)實際吹除時間動態(tài)調(diào)整控制序列，又要嚴格按照時序?qū)δ繕诉M行協(xié)同控制。任務中，閥門打開順序、時間間隔都必須分毫不差，否則就可能造成推進劑凍結，堵塞補加管路。

“我們的推進劑補加流程動態(tài)規(guī)劃技術很好地解決了這個問題，確保了補加過程順利進行?！苯颊f，中心已經(jīng)突破了動態(tài)規(guī)劃、推進劑補加可視化、多目標協(xié)同控制和故障實時診斷等多項飛行控制關鍵技術，未來中國空間站的在軌補加將更加安全可靠。

故障維修：機械臂靈活自如

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

為提前驗證在軌維修技術，為空間站建設打下堅實基礎，天宮二號承擔了一系列在軌維修技術試驗任務，包括液路維修、整機帶電維修、板卡維修等試驗項目。

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

“更換維修是在線狀態(tài)下進行的，驗證試驗無法在正樣產(chǎn)品上進行，因此航天員將在天宮二號攜帶的獨立系統(tǒng)上進行驗證操作?！睆堁疟蛘f。

空間站上的電子設備眾多，如果出現(xiàn)故障，需要進行電子單機的維修。電子單機在軌維修的一大特點是帶電維修，即在設備運行狀態(tài)下進行維修。因為空間站運行階段，無法讓設備停止運行以后再進行維修。這也是在軌維修的技術難點之一。

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

在天宮二號執(zhí)行任務中，人機協(xié)同在軌維修技術也得到了驗證。通過交互軟件和數(shù)據(jù)手套，航天員對機械臂操作終端系統(tǒng)進行控制。也就是說，航天員戴數(shù)據(jù)手套做動作，機械臂也會做出同樣動作。這項試驗獲得了大量珍貴數(shù)據(jù)資料，對未來空間站的長期維護至關重要。

在天宮二號里，機械臂完成了使用操作工具的精細維修動作，并完整拆換了一臺單機。

在完成機械臂拓展試驗后，航天員景海鵬與機械臂握手，并向地面報告：“神舟十一號報告，握手感覺良好！祝賀機械臂！祝賀天宮！”

與其說這是一次握手，不如說是一次接力。天宮二號執(zhí)行任務中的創(chuàng)新和拼搏，將會以“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，永恒存在！

中國空間站，值得期待！