“天宮一號”航天員在太空的溫馨家園

+ 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飛行器已在長期運行管理模式下運行了二百多天，并且在首次載人交會對接任務中為航天員營造出溫馨家園。

天宮一號目標飛行器是由中國航天科技集團公司五院和八院共同研制的，它高10.4米、重8.5噸，分為實驗艙和資源艙，艙體的最大直徑達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。

巧設計，為航天員提供適宜大空間

“天宮一號”飛行的主要任務是為實施空間交會對接試驗提供目標飛行器，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平臺，為空間站研制積累經驗，進行空間科學實驗、航天醫學實驗和空間技術試驗。由于神舟飛船作為航天員進入空間的一個運輸工具，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境。而這個環境的好壞，將直接影響到航天員工作任務的完成。

當天宮一號目標飛行器與神舟飛船在太空中交會對接后，目標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，這是設計實驗艙的科研人員經常考慮的問題。

在目標飛行器設計中，科技人員除了保證目標飛行器實現預計駐留能力，另一方面就是最大限度地關注細節，努力讓航天員住得更舒服。所以，“天宮一號” 實驗艙在設計中充分體現了以人為本的設計理念，進行了大量人性化的設計。為了給航天員在太空中的工作和生活提供一個適宜的環境，科技人員付出了大量的心血，使艙內的環境得到了很大改善。

通過優化設計，“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。可以講，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，要借助艙內設置的各種儀表，來觀察掌握“天宮一號”和飛船當前的飛行狀態。在設計目標飛行器儀表的過程中，技術人員獨具匠心，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節都考慮到了，功能優化、方便使用、便于觀察、感覺舒適是他們努力達到的目標。

為了減輕航天員的工作量，科技人員還設計了各種自動化預警裝置。因此，“天宮一號”的儀表如果組合體發生異常情況，在航天員還沒有注意到的情況下就會提前自動進行報警，使他們及時發現和處置。

“天宮一號” 的報警方式有聲音和光線變化等多種形式。更能體現科技人員細心的是，報警的時候用什么聲調、聲音的高低、光線的大小強度都是經過反復斟酌、對比和多次試驗才最后定下來的。

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，更是處處體現出人性化設計。

為了最大限度地減小艙內噪音、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”專門設計了航天員獨立的睡眠區。這個睡眠區設計了兩個“房間”，以保證航天員在太空里也能睡上單間。兩個“房間”的設計是充分考慮到“天宮一號”在軌運行期間， 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，技術人員專門設置了三個睡袋，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系。考慮到每個航天員的生活習慣不同，技術人員在“臥室”燈光的設計中采用了可調節式的照明方案，航天員喜歡何種亮度，完全由他們自己隨意進行調節。

女航天員要到空間站工作怎么辦？技術人員也考慮到了。在組合體里，除了為她們預備了單獨的床鋪和被子以外，還針對女航天員的生理特點和生活需要進行了特殊關照。

長期太空飛行，娛樂活動對于保證航天員穩定的情緒和樂觀的心態非常重要。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、發微博和看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、電子部件等各種設備日夜不停地在工作，必然會發出各種聲音。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”設計階段，科技人員就制定了嚴格的生活區和儀器區噪聲控制指標，把噪聲的控制作為一項指標專門列出來，通過技術攻關加以解決。為檢驗噪聲控制的效果，科技人員還待在艙內親身體驗，查找噪聲到底是從什么地方出來的，一個環節一個環節地查，一項一項來解決。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。

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，技術人員設置了專門的“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”首次實現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。

對于如何保證艙內大氣環境的清新，技術人員也動了不少腦筋。針對空間實驗室處于長期無人、短期有人照料的狀態，科技人員在目標飛行器研制之初，就在設計上加強了對有害有毒氣體的控制。他們盡量選擇那些結構穩定、經過太空飛行考驗的優質材料，如果選用新型材料則必須經過充分的地面試驗。同時，艙內還設計了相應的監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。多次的試驗驗證，目標飛行器的艙內空氣質量完全滿足航天員在里邊生活的要求，達到了綠色環保標準和航天醫學標準。

在目標飛行器里長期生活，如果艙內一旦出現起火或者壓力消失之類的險情怎么辦？這可不是故弄玄虛，當年蘇聯和平號空間站就曾經發生過火災。在“天宮一號”設計時，科技人員早已想到各種可能發生的災難。他們結合“天宮一號”長期無人、短期有人照料的特點，設想了各種應急狀態下確保航天員安全的措施，這些預案既包括險情發生后怎樣緊急處置，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

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。

“資源艙的主要任務是為‘天宮一號’的飛行提供能源保障，并控制飛行姿態。‘天宮一號’電源分系統的所有設備（太陽能電池翼）都在資源艙內，再加上艙內儲藏的燃料，這些都將為飛行器提供能量。”負責資源艙總裝的副主任設計師孫小珠介紹說。

最為關鍵的是，“天宮一號”的導航與制導系統中6個控制力矩陀螺也在資源艙內，它們正是用來對 “天宮一號”進行精確姿態控制的關鍵。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50多千克，每個陀螺的安裝精度都達到了4分。專家解釋，4分即十五分之一度，也就是0.0667度。

中國航天科技集團八院在2000年左右就開始對研制資源艙進行方案論證，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構部分采用鋁—鋰合金材料代替傳統材料，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” 在軌運行2年，直至順利完成預定任務。