空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙“九年前不叫夢(mèng)天”，名稱變動(dòng)見(jiàn)證復(fù)興偉力
本周二上午，“長(zhǎng)征五號(hào)B遙四火箭/夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙組合體”在活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)托舉下離開(kāi)垂直總裝廠房，經(jīng)過(guò)約2小時(shí)垂直轉(zhuǎn)運(yùn)“艙箭組合體”順利抵達(dá)文昌航天發(fā)射場(chǎng)101發(fā)射工位，接下來(lái)將按計(jì)劃進(jìn)行發(fā)射前各項(xiàng)功能檢查與聯(lián)合測(cè)試等工作，預(yù)計(jì)將于本月底擇機(jī)實(shí)施發(fā)射任務(wù)。長(zhǎng)征五號(hào)B遙四火箭在101發(fā)射工位就位長(zhǎng)征五號(hào)B火箭全長(zhǎng)53.7米，相當(dāng)于19層樓高，芯級(jí)直徑5米，捆綁4枚3.35米直徑助推器，整流罩直徑5.2米，起飛重量837.5噸，起飛推力約1078噸，近地軌道運(yùn)力大于22噸。長(zhǎng)征五號(hào)B起飛級(jí)動(dòng)力：8臺(tái)YF-100液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)+2臺(tái)YF-77液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)該型火箭采用別具一格的“一級(jí)半構(gòu)型”，即由一個(gè)芯級(jí)捆綁4枚助推器，助推器算“半級(jí)”，先天可靠性高，火箭所有主動(dòng)力均在起飛段點(diǎn)火，級(jí)間分離次數(shù)少。這也意味著芯級(jí)要打滿全場(chǎng)，從點(diǎn)火起飛到艙箭分離前，YF-77氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)需要持續(xù)工作將近490秒，還要適應(yīng)大氣層內(nèi)外空間的工作環(huán)境，以及大推力直接精確入軌技術(shù)，艙箭分離前兩臺(tái)YF-77的真空推力可達(dá)140噸，這在世界上是罕見(jiàn)的，需要精準(zhǔn)把握關(guān)機(jī)時(shí)間。在天宮空間站的“關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段”與“在軌建造階段”各安排兩枚長(zhǎng)征五號(hào)B任務(wù)，需要指出的是兩年前執(zhí)行“新一代載人飛船試驗(yàn)船”發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征五號(hào)B遙一就是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段的首次發(fā)射，之后遙二與遙三兩枚箭又先后成功將天和核心艙與問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙送入軌道。三個(gè)月前，長(zhǎng)征五號(hào)B遙三火箭成功將問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙送入預(yù)定軌道。長(zhǎng)征五號(hào)B遙四也將是長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭的第9次發(fā)射，成功之后將創(chuàng)造該系列火箭“七戰(zhàn)七捷、連戰(zhàn)連捷”的新紀(jì)錄。論全箭總長(zhǎng)，長(zhǎng)征五號(hào)B不如長(zhǎng)征五號(hào)，但前者將近21米的整流罩長(zhǎng)度卻幾乎是后者的將近兩倍，如此大的整流罩在國(guó)際上也是不多見(jiàn)的，造這么大的整流罩就是為了承運(yùn)尺寸同樣巨大的空間站艙段。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙軸向長(zhǎng)度17.9米，最大直徑4.2米，分為工作艙、多功能實(shí)驗(yàn)艙、資源艙三個(gè)部分。工作艙與問(wèn)天艙工作艙以及天和艙大柱段軸向長(zhǎng)度大致相同，主要是因?yàn)殚L(zhǎng)征5B火箭整流罩的尺寸包絡(luò)約束條件一致，該整流罩距離下端面10.6米以上部分柱段可用包絡(luò)逐漸減小，而逐漸減小尺寸的整流罩部分則用于容納直徑較小的艙段，比如天和艙的小柱段、問(wèn)天艙的氣閘艙與資源艙、夢(mèng)天艙的多功能實(shí)驗(yàn)艙與資源艙。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的三艙標(biāo)注三十年前，載人航天工程就有了“載人為建站，建站為應(yīng)用”的發(fā)展理念，“應(yīng)用”就是基于空間站提供的艙內(nèi)外空間進(jìn)行大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而這需要一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備的支持。目前已知夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙工作艙配置的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜有，流體物理實(shí)驗(yàn)柜、兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜1、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜2、在線維修裝調(diào)操作柜，以及3臺(tái)通用實(shí)驗(yàn)柜，總計(jì)12臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。天宮空間站三艙總計(jì)部署25臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙一艙就占據(jù)近半數(shù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，由此可見(jiàn)該艙實(shí)可為“天宮空間站在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的核心載體”。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙帶有科學(xué)研究方向的8臺(tái)實(shí)驗(yàn)柜夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙之所以能夠部署如此眾多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，主要得益于空間站大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)皆由天和核心艙與問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙承擔(dān)，夢(mèng)天艙工作艙不需要部署睡眠區(qū)、衛(wèi)生間等生活設(shè)施，系統(tǒng)級(jí)備份也都在問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，因而有充足的空間部署實(shí)驗(yàn)設(shè)施。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的艙外實(shí)驗(yàn)資源也很充盈，這就是緊鄰工作艙的“多功能實(shí)驗(yàn)艙”的職責(zé)，該艙在朝向天頂一側(cè)的第三象限與朝向地球一側(cè)的第一象限均部署了在軌展開(kāi)式暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在軌展開(kāi)后可提供三塊暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（兩塊展開(kāi)平臺(tái)，一塊固定平臺(tái)）。多功能實(shí)驗(yàn)艙的3塊暴露實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多功能實(shí)驗(yàn)艙除提供艙外實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還配置有人類(lèi)迄今為止規(guī)模最大的“貨物專(zhuān)用氣閘艙”，該艙配置大通徑的矩形內(nèi)艙門(mén)與弧形外艙門(mén)，至少可支持1.3米寬度尺寸貨物通過(guò)（國(guó)際空間站貨物氣閘艙艙門(mén)通徑0.8米），比問(wèn)天艙氣閘艙1米通徑艙門(mén)還要大，同時(shí)艙內(nèi)配置有貨物轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)，配合機(jī)械臂可實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)進(jìn)出艙，基于該功能還能夠支持小衛(wèi)星的在軌釋放。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙水下訓(xùn)練艙，畫(huà)面中的大開(kāi)口便是貨物氣閘艙的出艙口。工作艙與多功能實(shí)驗(yàn)艙如此規(guī)模龐大的在軌支持能力讓夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的實(shí)驗(yàn)艙之名“實(shí)至名歸”。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙末端“資源艙”配置與問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙相同，具備獨(dú)立的姿軌控動(dòng)力系統(tǒng)，以及推進(jìn)劑貯箱，太陽(yáng)翼也是可二次展開(kāi)翼展超55米的超大型柔性太陽(yáng)翼。雙自由度超大型柔性太陽(yáng)翼也是夢(mèng)天艙的標(biāo)配夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射入軌后將與天和核心艙前向?qū)涌趯?shí)施快速交會(huì)對(duì)接，完成一系列在軌測(cè)試任務(wù)后，將實(shí)施在軌轉(zhuǎn)位，由前向?qū)涌谵D(zhuǎn)位至第二象限側(cè)向停泊口永久對(duì)接，屆時(shí)問(wèn)天艙與夢(mèng)天艙形成跨度近40米的對(duì)置布局構(gòu)型，兩艙太陽(yáng)翼將以最小光照遮擋模式運(yùn)行。對(duì)置布局形成的大跨度起到了類(lèi)似國(guó)際空間站桁架結(jié)構(gòu)的作用完成三艙在軌組裝任務(wù)后，天宮還會(huì)有更多值得期待的大事件，問(wèn)天艙與夢(mèng)天艙對(duì)置布局利好兩艙大型雙自由度太陽(yáng)翼，但是該兩艙會(huì)對(duì)天和核心艙太陽(yáng)翼形成遮擋，因此我們計(jì)劃實(shí)施核心艙太陽(yáng)翼在軌轉(zhuǎn)位任務(wù)，由機(jī)械臂輔助艙外航天員拆卸核心艙太陽(yáng)翼，并轉(zhuǎn)移至問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙末端短桁架接口安裝，這樣一來(lái)天宮三艙太陽(yáng)翼的受曬率將達(dá)到一個(gè)極大值，使得空間站供電能力更加強(qiáng)大。機(jī)械臂輔助航天員轉(zhuǎn)移核心艙太陽(yáng)翼然而，太陽(yáng)翼在軌拆裝不僅考驗(yàn)核心艙太陽(yáng)翼在軌收攏與再次展開(kāi)能力，對(duì)航天員艙外操作能力也是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，此項(xiàng)任務(wù)一旦完成，我們航天員的出艙任務(wù)能力將再上一個(gè)大臺(tái)階。天宮空間站三艙完成在軌組裝后還將部署4個(gè)大型擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，安裝位置分別是，天和核心艙大柱段的第二象限與第四象限外壁、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙工作艙的第四象限外壁、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙工作艙的第二象限外壁。大型擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將由配置開(kāi)放式貨艙的天舟貨運(yùn)飛船承運(yùn)。大型擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除此之外，天宮空間站從設(shè)計(jì)伊始就是對(duì)標(biāo)最大180噸級(jí)在軌規(guī)模，也就是說(shuō)我們還有擴(kuò)展另外三艙的能力準(zhǔn)備，具體而言就是發(fā)射天和二號(hào)核心艙與實(shí)驗(yàn)艙Ⅲ、實(shí)驗(yàn)艙Ⅳ，天宮空間站將由當(dāng)前的三艙T字形構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱摳勺中螛?gòu)型，再加上巡天光學(xué)艙，以及對(duì)接飛船，從而構(gòu)成七艙多船的180噸級(jí)構(gòu)型。天宮二期到位后，空間站可支持3至6名航天員在軌駐留，在軌輪換人數(shù)最多可支持12名航天員同時(shí)在軌，科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜數(shù)量將達(dá)到甚至突破50臺(tái)，應(yīng)用支持能力大幅度超越所謂的國(guó)際空間站，每年可產(chǎn)出超兩千項(xiàng)科學(xué)成果，進(jìn)一步助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)與空間技術(shù)的高速發(fā)展。談及至此，再來(lái)看夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，該艙是天宮空間站的第三個(gè)20噸級(jí)大型艙段，其“夢(mèng)天”之名如今也是眾所周知，然而在九年前，它并不是“夢(mèng)天”，而是冠名“巡天”，此名是基于該艙段設(shè)計(jì)部署的巡天光學(xué)望遠(yuǎn)鏡起的名字，也就是說(shuō)，原本夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與巡天光學(xué)艙是在一起的。實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ原計(jì)劃部署“巡天望遠(yuǎn)鏡”但是呢，巡天光學(xué)望遠(yuǎn)鏡與空間站之間存在難以調(diào)和的運(yùn)行矛盾，比如振動(dòng)環(huán)境、指向要求、多余物干擾等矛盾，科研人員建議，加上國(guó)力支持，巡天光學(xué)艙才得以最終獨(dú)立成艙，并與空間站共軌運(yùn)行，這樣一來(lái)也解放了夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，使得該艙段能夠部署大量的在軌科研設(shè)施設(shè)備。今年是載人航天工程三十周年，三十年前，莫說(shuō)是180噸級(jí)七艙多船構(gòu)型，就是如今即將實(shí)現(xiàn)的三艙T字形構(gòu)型都是難以想象的奢望，當(dāng)年我們計(jì)劃的空間站可不是現(xiàn)在這樣，而是只有一個(gè)20噸級(jí)核心艙的中型空間站，這樣的空間站充其量就是大號(hào)的禮炮七號(hào)。天宮空間站之所以能夠創(chuàng)造出如此光輝的歷史業(yè)績(jī)，歸功于誰(shuí)？只能歸功于人民，因?yàn)橹挥腥嗣癫攀莿?chuàng)造歷史的真正動(dòng)力，因?yàn)橛辛巳嗣竦钠床瞰I(xiàn)，才能有強(qiáng)大的國(guó)力圓夢(mèng)空天，我想這才是天宮空間站一期收官之作“夢(mèng)天號(hào)實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ”之所以定名“夢(mèng)天”的原因。
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