張新龍　董佳瑩　錢航

2022年10月31日，中國空間站“夢天”實驗艙在文昌航天發(fā)射場由長征五號B運載火箭托舉升空，順利進入預定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功，打響了我國空間站建造任務(wù)的收官之戰(zhàn)。

3天后，11月3日9時32分，“夢天”實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位，這標志著中國空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成，向建成空間站的目標邁出了關(guān)鍵一步。當日15時12分，神舟十四號航天員乘組順利進入“夢天”實驗艙。

大火箭的3個維度

１力度——“力拔山河”

“問天”實驗艙是全世界現(xiàn)役最大、最重的在軌單體航天器，而“夢天”實驗艙的起飛質(zhì)量也超過了23噸。要把這些“大塊頭”送到距離地球約400千米的近地軌道上的空間站中，這意味著長征五號B運載火箭需要具備極大的推力。長征五號B運載火箭配備了8臺120噸級的液氧煤油發(fā)動機，最高壓強達到500 個大氣壓，相當于能夠把黃浦江的水直接抽到5000米高的青藏高原，可謂是“力拔山河”。

２速度——“一步登天”

我國現(xiàn)役火箭基本都是多級火箭，是先通過下面級火箭點火加速，再通過上面級的火箭調(diào)節(jié)入軌姿態(tài)和入軌精度。這就好比接力賽一樣，不同級次的火箭分別承擔“起跑、加速跑、沖刺跑、撞線跑”的任務(wù)。而長征五號B運載火箭是我國現(xiàn)役運載火箭中唯一一款一級半直接入軌的火箭，從點火到入軌一氣呵成，可謂是“一步登天”。

3精度——“移動打靶”

要將“夢天”實驗艙準確送到指定的軌道位置上，首先需要為它設(shè)計一條飛行彈道，也就是火箭運動的最優(yōu)路徑。然而，設(shè)計出這條理想彈道卻存在著巨大困難。交會對接任務(wù)就像移動打靶，太空中的軌道位置已經(jīng)確定，但是地球在不停地自轉(zhuǎn)，火箭的位置也在不停地發(fā)生變化。

設(shè)計師經(jīng)過嚴密計算后，給長征五號B 運載火箭設(shè)計了一條最理想的飛行路線，燃料消耗最少，入軌精度最高。而長征五號B 運載火箭更是創(chuàng)新運用姿態(tài)控制增益優(yōu)化和復合制導方法，點火發(fā)射升空后，不斷調(diào)整飛行彈道，成功地直奔空間站，實現(xiàn)了高精度的“移動打靶”。

“夢天”實驗艙的獨特之處

１渾圓的套娃設(shè)計

“夢天”實驗艙由工作艙、貨物氣閘艙、載荷艙、資源艙4個艙段組成，艙體全長約17.9米，直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量約23噸。

作為空間站的兩個實驗艙，“問天”和“夢天”是一對“孿生兄弟”。它們的最前端均是工作艙，通過對接機構(gòu)與“天和”核心艙相連，是航天員在太空的主要工作場所；尾端的資源艙是“能源倉庫”，安裝了兩副巨大的太陽翼，可持續(xù)旋轉(zhuǎn)、穩(wěn)定對日，能夠為空間站提供充足的能源支持。工作艙與資源艙的中間部分都是氣閘艙，但不同之處在于氣閘艙的設(shè)計?！皢柼臁睂嶒炁摮释夥絻?nèi)圓的視覺效果，圓柱形氣閘艙外有個方形的外殼——艙外暴露實驗平臺；而“夢天”實驗艙則采用了“艙中艙”的設(shè)計，在氣閘艙外還套了一個直徑更大的艙體——載荷艙，就像俄羅斯套娃一樣，這讓“夢天”實驗艙的體形看起來更加渾圓。

2酷炫的技能

在沒有貨物氣閘艙之前，一般通過航天員“帶貨出艙”進行艙內(nèi)外貨物的轉(zhuǎn)移、安裝。這種方式會受航天員出艙次數(shù)、載荷數(shù)量與大小的限制。而“夢天”實驗艙的貨物氣閘艙打破了這些限制，將為后續(xù)各類的艙外科學實驗提供強大的硬件支持。

“夢天”實驗艙內(nèi)的載荷轉(zhuǎn)移機構(gòu)，可以實現(xiàn)貨物自動進出艙，為在軌工作的航天員“減負”。為了滿足將來更大尺寸、更大質(zhì)量的貨物進出艙的需求，貨物氣閘艙上還安裝了中國空間站首個方形電動艙門，寬度達1.2米。它不僅是中國空間站首個“自動門”，也是世界首個全自動弧形滑移方艙門。

此外，“夢天”實驗艙還可以實現(xiàn)在軌釋放微小衛(wèi)星，能夠滿足百千克級微小飛行器或者多個規(guī)格立方星的在軌釋放需求，解決微小衛(wèi)星和立方星進入太空成本較高的問題。

“夢天”實驗艙與“問天”實驗艙同樣配備了兩副單側(cè)長達27米、展開面積近138平方米的“巨型翅膀”——柔性太陽翼。兩個實驗艙的4副太陽翼，將為我國空間站打造最強勁的能量源泉，讓空間站日發(fā)電量可達近1000千瓦·時，相當于一個普通家庭近半年的用電量，真正實現(xiàn)“用電無憂”。

3開展神奇實驗

在空間站中，“夢天”實驗艙作為“工作室”，是三艙中支持載荷能力最強的艙段，配置了13個標準載荷機柜，主要面向微重力科學研究，可支持流體物理、材料科學、超冷原子物理等前沿科學實驗項目，堪稱“天宮夢工場”。

此外，“夢天”實驗艙還配置了兩個展開式暴露平臺和一個固定式暴露平臺。兩個展開式暴露平臺加上對地方向的固定式暴露平臺，共可提供37 個艙外標準載荷工位。為了不占用火箭包絡(luò)，發(fā)射時，展開式暴露平臺呈收攏狀態(tài)；當“夢天”實驗艙完成對接與轉(zhuǎn)位動作后，平臺才會展開。

“建站為應(yīng)用”，是中國建造空間站的出發(fā)點和落腳點。“夢天”實驗艙將與空間站其他兩艙實現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的并網(wǎng)管理，共同支持空間站開展更大規(guī)模的空間研究實驗和新技術(shù)實驗，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢工場”，推動中國空間科學研究與應(yīng)用邁向世界領(lǐng)先水平。

在不到兩年的時間內(nèi)，中國空間站三大艙段（“天和”核心艙、“問天”實驗艙、“夢天”實驗艙）從文昌航天發(fā)射場陸續(xù)成功飛向太空。與此同時，多艘貨運飛船從文昌航天發(fā)射場發(fā)射，多個中國航天員乘組從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心載人航天發(fā)射場出發(fā)前往太空。這些空間站任務(wù)輪番接力，將中國人的“太空之家”藍圖一步步化為現(xiàn)實。