“天宮”奇跡

文曲

“天宮一號”飛越中國大地。

在中國，幾乎每個人都聽過《西游記》中美猴王大鬧天宮的故事。天宮，是中國人心目中最美妙的仙境。隨著各類空間站的建立，總有一天，普通人上天宮的夢想也會成真。

當今太空科技的發展，完全印證了航天理論奠基者康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基關于空間站的偉大設想。今天，國際空間站用科技和理想照亮了太空，各國科學家正在設計、發射和建造各種空間站，作為人類登陸月球、火星和小行星，進入宇宙空間發展的基地。

我國科學家也制定了一系列宏偉的空間站建設計劃：首先，發射1個目標飛行器和2座太空實驗室，探索建設空間站的相關技術;其次，逐步建成規模較大、長期載人的“天宮”空間站。為此，我國首先研制發射了“天宮一號”目標飛行器和“天宮二號”太空實驗室。

2011年9月29日，“天宮一號”目標飛行器從酒泉衛星發射中心，搭乘長征2號F運載火箭升空。“天宮一號”的主體為圓柱型，總重量8506千克，長度10.4米，直徑3.35米，內部空間15立方米，前后各有一個對接口。“天宮一號”可搭載3名航天員，采用實驗艙和資源艙的兩艙型結構，其外部安裝了一對展寬約18.4米的太陽能帆板。其中，實驗艙是供航天員工作、科研、訓練、生活和休息的空間，它的前端安裝有一個對接機構，以及在交會對接中用于測量和通信的設備，支持空間站與飛船交會對接。資源艙的功能則是為飛行提供動力，控制飛行姿態。資源艙中安裝了電源系統、導航與制導系統，以及太陽能電池、控制力矩陀螺和燃料等。在“天宮一號”與“神舟號”飛船對接時，導航與制導系統負責尋找對接目標。

為了避免航天員與空間站和設備碰撞，“天宮一號”內部凸凹不平的地方都采用圓角設計，四周鋪上軟綿綿的保護層，以保證航天員的人身安全。為了讓航天員擁有在太空飛行期間的方向感，“天宮一號”內部的上方布置的是藍色幕布，代表天空。而下方則是黑色的地板，代表大地。

“天和”核心艙的結構

由于在太空中沒有重力，也沒有空氣阻力，航天員一直處于失重和漂浮的狀態，這很有趣，也很麻煩。航天員在失重和漂浮的狀態下，想前進或后退，沒有著力點，有力也無處使。為了保證航天員在“天宮一號”內能夠正常“行走”，整個艙壁上下前后安裝了30多個用于抓握的錦絲帶。這些錦絲帶長約20厘米，相當牢固和柔軟，可以保證航天員在失重飄移的狀態下有著力點。

2018年4月2日，“天宮一號”目標飛行器完成任務，重返大氣層，化為一道流星悄然而逝。

小試牛刀

2016年9月15日，“天宮二號”太空實驗室從酒泉衛星發射中心發射升空。“天宮二號”是我國第一座太空實驗室。從外觀上看，“天宮二號”與“天宮一號”的模樣差不多，但“天宮二號”攜帶的科學儀器更多，也更為先進，同時它還特別配備了一個機械臂。它的主要科學任務是開展地球觀測、太空與地球系統科學、太空應用新技術、太空技術和航天醫學等領域的應用和試驗，它的科學目標是探測黑洞等極端天體，追尋恒星和星系演化的歷史，了解宇宙極端物理過程和規律，解答宇宙組成和演化的重大課題。

2016年10月17日，“神舟十一號”飛船發射成功。兩天后，“神舟十一號”飛船與“天宮二號”太空實驗室成功對接，乘坐“神舟十一號”升空的航天員景海鵬和陳冬對“天宮二號”開始了為期30天的訪問。兩位航天員利用“天宮二號”上搭載的先進科學儀器，共計進行了14項科學實驗，重點是太空材料和太空生命等科學領域的前沿技術。比如空間冷原子鐘實驗、天地量子密鑰分配和激光通信實驗、熱毛細對流實驗、太空材料實驗、太空植物生長實驗和太空機械臂操作實驗，以及小衛星伴飛實驗等。

“天宮”空間站的結構

“神舟十一號”飛船即將與“天宮二號”太空實驗室對接。

“天宮二號”是太空實驗室階段任務的主要飛行器之一，先后與“神舟十一號”載人飛船、“天舟一號”貨運飛船進行對接，承擔著驗證空間站相關技術的重要使命，是我國第一個真正意義上的太空實驗室。

2019年7月19日，“天宮二號”太空實驗室完成預定任務，受控離軌并再入大氣層，墜落在南太平洋海域。

太空新征程

經過“天宮一號”和“天宮二號”的完美飛行和試驗，我國航天人努力朝著 “天宮”空間站的目標前進。“天宮”空間站是一座組合式空間站，計劃由“天和”核心艙、“問天”實驗艙、“夢天”實驗艙、“巡天”太空天文臺、“神舟號”飛船和“天舟”貨運飛船等組成。空間站呈“T”字形， 2段實驗艙分別連接在核心艙的左右兩端。“天舟”貨運飛船、“神舟”載人飛船分別對接于核心艙前后兩端。

“天宮”空間站的體積很大，直徑達5米，重量在100噸左右，空間約110立方米，電力100千瓦。空間站可同時支持3名航天員長期生活和工作，在航天員乘組交替的數周或數月內，可同時支持6名航天員短期飛行。

“天舟”貨運飛船

長征5 號B 運載火箭運送“天宮”空間站各個艙段。

長征7 號火箭運送“天舟”貨運飛船。

長征2 號F 火箭運送“神舟”載人飛船。

“天和”核心艙是“天宮”空間站的主要艙段，全長16.6米，重達22噸，直徑為4.2米，內部空間為50立方米。“天和”的艙外安裝一大一小兩架機械臂，其中大的機械手臂可以抓取25噸的物體，用于對接、安裝、變軌和分離等操作。“天和”的前端是一段有6個接口的節點艙，其中有3個出艙口。這個節點艙可以同時充當航天員進出太空的主要的氣閘艙。“問天”（實驗艙Ⅰ）和“夢天”（實驗艙Ⅱ）同為科學實驗艙。“天舟”貨運飛船的主要任務，是為空間站運送各種科學儀器、生活用品和清潔用水，以及運回生活廢棄物等。“神舟”載人飛船承擔運送航天員往返地球、作為“救生艇”應急返回等任務。

此外，“巡天”太空天文臺是一架觀測太空和宇宙的太空望遠鏡，將與“天宮”空間站共軌飛行。據說，它重約十幾噸，在很多性能指標上都超過了“哈勃”太空望遠鏡，其分辨率與“哈勃”望遠鏡相當，但視場則要大上200多倍。

“天宮”空間站的體量實在是太大了，各艙段必須分別發射，在太空中進行組裝。首先發射的是“天和”核心艙，待核心艙入軌，完成平臺測試及相關任務支持技術驗證之后，再分別發射“問天”和“夢天”科學實驗艙，與核心艙對接，組合建成“天宮”空間站。“天宮”空間站在軌運行期間，由“神舟”載人飛船負責運送航天員，“天舟”貨運飛船負責運送貨物和科學儀器等。

“天宮”空間站各艙段既是各自獨立的，具備獨立的飛行能力，又可以與核心艙組合成多種形態的太空組合體，完成各項任務。“天宮”空間站主要的科學任務是驗證生命保障系統的關鍵技術，航天員中期在軌駐留試驗、貨運飛船在軌試驗等，還將開展部分太空科學和航天醫學試驗。空間站上將開展太空科學研究和應用實驗，如生命科學、材料科學、航天醫學、微重力科學、天文學和基礎物理等領域的研究。“天和”核心艙將長期有人駐守。

2021年上半年，我國將發射“天宮”空間站的“天和”核心艙。2023年前，“問天”和“夢天”科學實驗艙也將相繼發射，并與“天和”核心艙對接和組合飛行。“天宮”空間站的航天員將分組分批上天，每組通常為3～6人。每半年，將會輪換一批航天員執行駐守任務。

當全部建成后，“天宮”空間站可根據需求擴大艙段和規模。在核心艙的前端增建A、B、C 3個艙段，組成小“T”字型。A艙段后端與核心艙前端對接。B、C艙段與A艙段前端的左右處對接。屆時，“神舟”載人飛船將停泊在A艙段的正前端。根據需求，“天宮”空間站可以增配第2艘載人飛船，以備緊急返回時作為“救生艇”。第2艘載人飛船對接于“天和”核心艙前端下方。這時，空間站駐留的航天員人數可提高到3～6名，“天宮”空間站的重量將達到180～200噸。

未來，“天宮”空間站還會發生怎樣的奇跡呢？且讓我們拭目以待。