+ 文:孫宏金/陳立

在距離地球約370千米的近圓軌道，我國自主研制的天宮一號目標(biāo)飛行器已在長期運(yùn)行管理模式下運(yùn)行了二百多天，并且在首次載人交會對接任務(wù)中為航天員營造出溫馨家園。

天宮一號目標(biāo)飛行器是由中國航天科技集團(tuán)公司五院和八院共同研制的，它高10.4米、重8.5噸，分為實(shí)驗(yàn)艙和資源艙，艙體的最大直徑達(dá)3.35米。與之前的載人航天器相比，“天宮一號”為航天員提供的可活動空間大大拓展， 15立方米的空間能夠同時滿足三名航天員的工作和生活需要。

巧設(shè)計(jì)，為航天員提供適宜大空間

“天宮一號”飛行的主要任務(wù)是為實(shí)施空間交會對接試驗(yàn)提供目標(biāo)飛行器，初步建立長期無人在軌飛行、短期有人照料的載人空間試驗(yàn)平臺，為空間站研制積累經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間技術(shù)試驗(yàn)。由于神舟飛船作為航天員進(jìn)入空間的一個運(yùn)輸工具，只需要提供短時間的生活保障和必要的生活空間就可以了，而天宮一號是長壽命的航天器，是為航天員提供一個空間駐留環(huán)境。而這個環(huán)境的好壞，將直接影響到航天員工作任務(wù)的完成。

當(dāng)天宮一號目標(biāo)飛行器與神舟飛船在太空中交會對接后，目標(biāo)飛行器就是航天員在太空中的新家。航天員在茫茫太空飛行，遠(yuǎn)離家人和地球，如何保證他們的身心健康，使他們在一個只有15立方米的狹小空間里愉快地生活和工作，這是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)艙的科研人員經(jīng)?？紤]的問題。

在目標(biāo)飛行器設(shè)計(jì)中，科技人員除了保證目標(biāo)飛行器實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)駐留能力，另一方面就是最大限度地關(guān)注細(xì)節(jié)，努力讓航天員住得更舒服。所以，“天宮一號” 實(shí)驗(yàn)艙在設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行了大量人性化的設(shè)計(jì)。為了給航天員在太空中的工作和生活提供一個適宜的環(huán)境，科技人員付出了大量的心血，使艙內(nèi)的環(huán)境得到了很大改善。

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，“天宮一號”中可供航天員工作、生活的空間比國外的空間站都要大?？梢灾v，它是到目前為止能為航天員提供生活、工作空間最大的飛行器，其舒適程度也比神舟系列飛船要好許多。

航天員在“天宮一號”組合體飛行期間，要借助艙內(nèi)設(shè)置的各種儀表，來觀察掌握“天宮一號”和飛船當(dāng)前的飛行狀態(tài)。在設(shè)計(jì)目標(biāo)飛行器儀表的過程中，技術(shù)人員獨(dú)具匠心，不僅充分考慮到儀表的功能，甚至連儀表安裝的位置、形狀、大小，儀表盤的顏色等等諸多細(xì)節(jié)都考慮到了，功能優(yōu)化、方便使用、便于觀察、感覺舒適是他們努力達(dá)到的目標(biāo)。

為了減輕航天員的工作量，科技人員還設(shè)計(jì)了各種自動化預(yù)警裝置。因此，“天宮一號”的儀表如果組合體發(fā)生異常情況，在航天員還沒有注意到的情況下就會提前自動進(jìn)行報(bào)警，使他們及時發(fā)現(xiàn)和處置。

“天宮一號” 的報(bào)警方式有聲音和光線變化等多種形式。更能體現(xiàn)科技人員細(xì)心的是，報(bào)警的時候用什么聲調(diào)、聲音的高低、光線的大小強(qiáng)度都是經(jīng)過反復(fù)斟酌、對比和多次試驗(yàn)才最后定下來的。

人性化，確保航天員好心情

在航天員太空新家園里，科技人員為了使航天員生活得更加舒適，更是處處體現(xiàn)出人性化設(shè)計(jì)。

為了最大限度地減小艙內(nèi)噪音、燈光等對航天員睡眠的影響，保證航天員有充足的睡眠和旺盛的精力，“天宮一號”專門設(shè)計(jì)了航天員獨(dú)立的睡眠區(qū)。這個睡眠區(qū)設(shè)計(jì)了兩個“房間”，以保證航天員在太空里也能睡上單間。兩個“房間”的設(shè)計(jì)是充分考慮到“天宮一號”在軌運(yùn)行期間， 三名航天員中總要留下一個人來值班，因此，兩個“單間”足夠了。睡袋是航天員在軌道上睡覺的“被子”。在“天宮一號”里，為使航天員睡得舒服，技術(shù)人員專門設(shè)置了三個睡袋，航天員在睡覺的時候有各自的專用寢具，每個臥室還裝有電話，便于航天員們互相聯(lián)系?？紤]到每個航天員的生活習(xí)慣不同，技術(shù)人員在“臥室”燈光的設(shè)計(jì)中采用了可調(diào)節(jié)式的照明方案，航天員喜歡何種亮度，完全由他們自己隨意進(jìn)行調(diào)節(jié)。

女航天員要到空間站工作怎么辦？技術(shù)人員也考慮到了。在組合體里，除了為她們預(yù)備了單獨(dú)的床鋪和被子以外，還針對女航天員的生理特點(diǎn)和生活需要進(jìn)行了特殊關(guān)照。

長期太空飛行，娛樂活動對于保證航天員穩(wěn)定的情緒和樂觀的心態(tài)非常重要。為保證航天員的娛樂，“天宮一號”里專門給航天員提供了用來娛樂的筆記本電腦，航天員在工作之余可以上網(wǎng)、發(fā)微博和看CD大片，還可以播放自己喜歡的歌曲和音樂，或者進(jìn)行其他娛樂活動。

在組合體里，由于活動部件、電子部件等各種設(shè)備日夜不停地在工作，必然會發(fā)出各種聲音。為最大限度地減輕噪聲對航天員的影響，科技人員在噪聲的控制方面也動了不少心思。在“天宮一號”設(shè)計(jì)階段，科技人員就制定了嚴(yán)格的生活區(qū)和儀器區(qū)噪聲控制指標(biāo)，把噪聲的控制作為一項(xiàng)指標(biāo)專門列出來，通過技術(shù)攻關(guān)加以解決。為檢驗(yàn)噪聲控制的效果，科技人員還待在艙內(nèi)親身體驗(yàn)，查找噪聲到底是從什么地方出來的，一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)地查，一項(xiàng)一項(xiàng)來解決。這些主動控制噪聲的措施，最大限度地把噪聲控制在了最小的指標(biāo)。

為保證航天員與愛人、孩子說悄悄話的私密性，在“天宮一號”里，技術(shù)人員設(shè)置了專門的“密室”。在這個“密室”里，航天員與家人說什么悄悄話別人是沒法“偷聽”的。另外，為保證航天員與控制中心和家人通話的親切感，“天宮一號”首次實(shí)現(xiàn)了與地面雙向的可視通話，對話雙方的言談舉止、音容笑貌通過屏幕一目了然，極大地增加了親切感。

對于如何保證艙內(nèi)大氣環(huán)境的清新，技術(shù)人員也動了不少腦筋。針對空間實(shí)驗(yàn)室處于長期無人、短期有人照料的狀態(tài)，科技人員在目標(biāo)飛行器研制之初，就在設(shè)計(jì)上加強(qiáng)了對有害有毒氣體的控制。他們盡量選擇那些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、經(jīng)過太空飛行考驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)材料，如果選用新型材料則必須經(jīng)過充分的地面試驗(yàn)。同時，艙內(nèi)還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的監(jiān)測和凈化裝置及措施。這些措施，確保航天員在太空家園里也能享受無毒無害的春天般清新空氣。多次的試驗(yàn)驗(yàn)證，目標(biāo)飛行器的艙內(nèi)空氣質(zhì)量完全滿足航天員在里邊生活的要求，達(dá)到了綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和航天醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

在目標(biāo)飛行器里長期生活，如果艙內(nèi)一旦出現(xiàn)起火或者壓力消失之類的險(xiǎn)情怎么辦？這可不是故弄玄虛，當(dāng)年蘇聯(lián)和平號空間站就曾經(jīng)發(fā)生過火災(zāi)。在“天宮一號”設(shè)計(jì)時，科技人員早已想到各種可能發(fā)生的災(zāi)難。他們結(jié)合“天宮一號”長期無人、短期有人照料的特點(diǎn)，設(shè)想了各種應(yīng)急狀態(tài)下確保航天員安全的措施，這些預(yù)案既包括險(xiǎn)情發(fā)生后怎樣緊急處置，還包括航天員怎樣安全緊急撤離。

資源艙，讓“天宮一號”飛得更久更穩(wěn)

如果把“天宮一號”比作天上飛的鳥兒，那么飛行器要像鳥兒那樣有力氣飛遍千山萬水并在空中變換各種飛翔姿勢，就得靠資源艙了。

“資源艙的主要任務(wù)是為‘天宮一號’的飛行提供能源保障，并控制飛行姿態(tài)?！鞂m一號’電源分系統(tǒng)的所有設(shè)備（太陽能電池翼）都在資源艙內(nèi)，再加上艙內(nèi)儲藏的燃料，這些都將為飛行器提供能量?！必?fù)責(zé)資源艙總裝的副主任設(shè)計(jì)師孫小珠介紹說。

最為關(guān)鍵的是，“天宮一號”的導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)中6個控制力矩陀螺也在資源艙內(nèi)，它們正是用來對 “天宮一號”進(jìn)行精確姿態(tài)控制的關(guān)鍵。這些力矩陀螺每個也就如同裝A4紙的箱子那么大，但卻重達(dá)50多千克，每個陀螺的安裝精度都達(dá)到了4分。專家解釋，4分即十五分之一度，也就是0.0667度。

中國航天科技集團(tuán)八院在2000年左右就開始對研制資源艙進(jìn)行方案論證，2006年底開始初樣研制工作。除了高精度安裝6個沉重的力矩陀螺外，研制人員在艙段的結(jié)構(gòu)部分采用鋁—鋰合金材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，如此為資源艙成功減重10%以上。資源艙加滿燃料后重約1.4噸，它可以保證“天宮一號” 在軌運(yùn)行2年，直至順利完成預(yù)定任務(wù)。