□本報記者 陳麗平 廉穎婷

中國空間站迎來最后一個主體艙段。

10月31日，在我國文昌航天發(fā)射場，長征五號B遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射空間站夢天實驗艙。

圖為10月31日，搭載空間站夢天實驗艙的長征五號B遙四運(yùn)載火箭在我國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射。屠海超 黃國暢 胡煦劼 攝

夢天實驗艙是我國空間站第二個科學(xué)實驗艙，在軌組裝完成后，夢天實驗艙將與空間站天和核心艙、問天實驗艙形成“T”字構(gòu)型組合體，實現(xiàn)控制、能源、信息、環(huán)境等功能的融合使用，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)試驗，打造空間技術(shù)應(yīng)用研究“夢工場”。

可以說，天宮空間站是我國未來10年規(guī)模最大的空間綜合性研究實驗平臺，我國將把它建成水平先進(jìn)的國家太空實驗室。

夢天實驗艙長啥樣

夢天實驗艙由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙、資源艙四個艙段組成，艙體全長17.88米，直徑4.2米，發(fā)射質(zhì)量約23噸，由中國航天科技集團(tuán)有限公司（以下簡稱航天科技集團(tuán)）八院研制，主要面向微重力科學(xué)研究。

據(jù)中國科學(xué)院空間應(yīng)用中心研究員、空間應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師劉國寧介紹，中國科學(xué)院研制了空間科學(xué)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學(xué)實驗柜、兩相系統(tǒng)實驗柜、流體物理實驗柜、燃燒科學(xué)實驗柜、在線維修裝調(diào)實驗柜7個方面的8個科學(xué)實驗柜，支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎(chǔ)燃燒過程、材料凝固機(jī)理等物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律研究，以及超冷原子物理等前沿實驗研究等。

圖為中國空間站效果圖。

此外，夢天實驗艙應(yīng)用了X射線透射成像系統(tǒng)，作為空間站材料實時觀察實驗主載荷，也是世界第一臺在載人航天器中使用X射線透射成像原理進(jìn)行實驗的科學(xué)裝置，在資源與空間受限的情況下實現(xiàn)了X射線的完全屏蔽，是具有歷史意義的科學(xué)裝置。

夢天實驗艙與問天實驗艙相比有什么不同？

夢天實驗艙與問天實驗艙的任務(wù)分工和定位不同，兩者在配置上既有相似又有不同。

夢天實驗艙的定位是航天員工作的地方，因此沒有配置類似“問天”艙的再生生保以及睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)。但兩個艙段均配置有航天員的鍛煉設(shè)備，夢天實驗艙配置的是抗阻鍛煉設(shè)備，類似健身房的劃船機(jī)。

從總體構(gòu)型來看，夢天實驗艙的肚子更圓，它由四個艙段組成，并采用了獨(dú)特的“套娃”設(shè)計。工作艙通過對接機(jī)構(gòu)與天和核心艙相連，主要是航天員艙內(nèi)工作與鍛煉的地方，也是艙內(nèi)科學(xué)試驗機(jī)柜安裝的地方。載荷艙與貨物氣閘艙則是以“雙艙嵌套”的形式與工作艙相連，也就是說，在載荷艙的內(nèi)部，隱藏著一個貨物氣閘艙，主打貨物出艙專用通道。最前端的是資源艙，也是對日定向裝置和柔性太陽翼等安裝的地方。

圖為夢天實驗艙。

從支持應(yīng)用任務(wù)來講，夢天實驗艙作為工作室，是兩個艙中支持載荷能力最強(qiáng)的艙段，其配置了13個標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，可支持流體物理、材料科學(xué)、超冷原子物理等前沿試驗項目，堪稱天宮“夢工場”。

同時，為了最大化實現(xiàn)艙外試驗支持能力，夢天實驗艙艙外配置有37個載荷安裝工位，可為各類科學(xué)實驗載荷提供機(jī)、電、信息等方面的能力支持，確保它們在太空環(huán)境下開展各類實驗。特別是載荷艙上配置有兩塊可在軌展開的暴露載荷實驗平臺，進(jìn)一步增強(qiáng)了空間站的載荷支持能力。

“螺螄殼里做道場”

夢天實驗艙肩負(fù)著支持更強(qiáng)科學(xué)實驗的使命，為確保順利完成使命，一系列黑科技被應(yīng)用在夢天實驗艙上。

與問天實驗艙一樣，夢天實驗艙也擁有一個氣閘艙。但不同的是，夢天實驗艙的氣閘艙不再作為航天員出艙使用，而是一條專供貨物出艙的通道。如果將問天實驗艙的氣閘艙比作“國際機(jī)場”的話，那么夢天實驗艙上配置的貨物氣閘艙，就是空間站的“國際貨運(yùn)港口”。通過這個“港口”，我國空間站的載荷自動進(jìn)出艙技術(shù)、小衛(wèi)星在軌釋放等一系列全新技能將首次亮相，實現(xiàn)貨物、載荷在空間站艙內(nèi)外的全自動交互，不僅送得出、接得入，還運(yùn)得快、行得穩(wěn)。

在夢天實驗艙內(nèi)，配置了一臺載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，可以穩(wěn)定地執(zhí)行將貨物從艙內(nèi)送出艙外，或?qū)⑴撏庳浳镞\(yùn)至艙內(nèi)的任務(wù)。載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)的運(yùn)送能力能達(dá)到400公斤、單次運(yùn)送貨物包絡(luò)可以達(dá)到1.15米×1.2米×0.9米。與航天員“帶貨出艙”的方式相比，貨物出艙能力得到進(jìn)一步提升，減少了航天員出艙和航天服使用次數(shù)，有效提高了載荷進(jìn)出艙效率，降低了載荷進(jìn)出艙成本。

“載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)貨物的自動進(jìn)出功能，小小的空間發(fā)揮大大的效能，這是‘螺螄殼里做道場’?！焙教炜萍技瘓F(tuán)八院空間站夢天實驗艙計劃經(jīng)理劉慧穎說。

載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)還催生了一項特別的任務(wù)，那就是夢天實驗艙可以支持在軌釋放微小衛(wèi)星，讓小衛(wèi)星“飛”。夢天實驗艙專門配置了微小衛(wèi)星在軌釋放機(jī)構(gòu)，在載荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)與機(jī)械臂的配合下，能夠滿足百公斤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)星和立方星低成本進(jìn)入太空的問題。

“空間站化身為母港，既可以釋放百公斤級的微小飛行器，也可以釋放多個規(guī)格的立方星，提供了火箭發(fā)射以外的另一個渠道，微小飛行器可以更加低成本進(jìn)入太空了?！眲⒒鄯f說。

同時，為滿足將來更大尺寸、更大重量貨物的進(jìn)出艙需求，夢天實驗艙的貨物氣閘艙上還安裝了一款獨(dú)一無二的方形艙門。艙門采用全自動弧形滑移設(shè)計，可以為貨物的進(jìn)出艙提供一條寬闊的走廊，也是隔離艙內(nèi)與艙外空間環(huán)境的關(guān)鍵設(shè)備，這是我國空間站首次亮相的方形自動艙門。

直接和宇宙見個面。夢天艙在I、III象限均配置了有源驅(qū)動展開式暴露平臺，在III象限增配了固定式暴露平臺，可為中小型標(biāo)準(zhǔn)載荷提供機(jī)、電、熱、信息等支持。

對日定向裝置、天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)、在軌以太網(wǎng)技術(shù)、仿真體系建設(shè)、對接轉(zhuǎn)位技術(shù)……一系列技術(shù)在夢天艙上發(fā)揮著無可替代的作用。

23噸龐然大物如何轉(zhuǎn)身

此次任務(wù)，除了與天和核心艙組合體實施交會對接外，夢天實驗艙還將進(jìn)行太空轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)“T”字構(gòu)型，即從核心艙前向?qū)涌谵D(zhuǎn)移到側(cè)向?qū)涌?，實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)位功能的產(chǎn)品正是由航天科技集團(tuán)八院149廠生產(chǎn)、總裝的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。中國空間站將再次演繹完美的“太空轉(zhuǎn)身”。

轉(zhuǎn)位的第一步是進(jìn)行對接，也就是通過轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)將夢天實驗艙和天和核心艙連接起來。夢天實驗艙上的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)采用的是錐桿式對接方式。團(tuán)隊在轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂的前段設(shè)置了一個捕獲桿，捕獲桿如同花蕊一般被包裹在三個導(dǎo)向片形成的“花瓣”中。當(dāng)捕獲機(jī)構(gòu)向基座靠近時，兩個產(chǎn)品的六個導(dǎo)向片將進(jìn)行初步定位。隨后，如花蕊般的錐桿由驅(qū)動組件推出，在拉簧組件的配合下，使其能夠在一定范圍內(nèi)擺動，保證了與基座連接鎖定的自適應(yīng)性。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠讓轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)具備完美的捕獲、對接能力。

圖為科研團(tuán)隊與夢天實驗艙合影。

夢天實驗艙從天和核心艙前向?qū)涌谵D(zhuǎn)移到側(cè)向?qū)涌?，并非像我們轉(zhuǎn)身一樣簡單。如何讓150公斤的轉(zhuǎn)臂平穩(wěn)帶動約23噸的夢天實驗艙順利實現(xiàn)轉(zhuǎn)身呢？夢天實驗艙轉(zhuǎn)臂上安裝了兩個驅(qū)動部件——關(guān)節(jié)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，這就像我們手臂的兩個運(yùn)動關(guān)節(jié)一樣，靠近夢天實驗艙端的是“肩關(guān)節(jié)”，另一個則是與捕獲機(jī)構(gòu)相連的“腕關(guān)節(jié)”。在兩個“關(guān)節(jié)”工作時，它們必須做到從加速到勻速階段的平穩(wěn)過渡，從而確保運(yùn)動過程中的穩(wěn)定性。

為了讓夢天實驗艙能夠具備大慣量負(fù)載下的轉(zhuǎn)動能力，此次轉(zhuǎn)位過程中采用了艙體停控模式，即在轉(zhuǎn)位時通過“肩關(guān)節(jié)”做一次啟停，“腕關(guān)節(jié)”做兩次啟停，從而實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。

（圖片除署名外均由航天科技集團(tuán)八院提供）