中國空間站系統研發團隊：天宮筑成

　　中國新聞周刊記者/彭丹妮

　　發于2023.1.9總第1076期《中國新聞周刊》雜志

　　2022年度科技人物 中國空間站系統研發團隊　

　　獲獎理由

　　2022年，中國空間站在軌完成三艙“T”字基本構型，首次實現六名航天員太空會師，中國空間站全面建成，國家太空實驗室遨游蒼穹。三十而立的中國載人航天工程“三步走”戰略“第三步”取得重要進展，中國載人航天器綜合性能達到國際先進水平。中國空間站系統研發團隊為此做出不懈努力。

　　2022年11月29日，搭載了神舟十五號載人飛船的運載火箭在酒泉衛星發射中心成功發射。次日早晨，三名航天員費俊龍、鄧清明、張陸進入中國空間站，與神舟十四號乘組的三名航天員首次實現“太空會師”。

　　神舟十五號的發射，標志著中國空間站關鍵技術驗證和建造階段的12次發射任務全部完成。2021年4月底，“天和”核心艙發射以來，中國先后發射了3個空間站艙段、4艘載人飛船、4艘貨運飛船，同一發射場兩次任務最短間隔僅12天。自此，中國空間站進入運營階段，將保持長期有人駐留，乘組在軌輪換也將成為常態。

　　載人航天是一項高投入、高風險、高技術的系統工程，世界范圍內，只有俄羅斯、美國和中國三個國家獨立掌握載人航天技術。1992年9月，中央決策實施載人航天工程，代號“921工程”，并確定了“三步走”的發展戰略。30年后，隨著空間站全面建成，中國在航天強國建設的過程中又邁出關鍵一步。

　　2022年10月末，美國著名的科技類雜志《連線》在《中國現在是一個主要的太空大國》一文中指出，中國現在已獨立完成了俄羅斯和美國幾十年前所做的事情，天宮空間站完成得如此之快，而且一些設計和技術比先前的空間站更先進。

　　非常完備的航天體系

　　距離世界第一座空間站“禮炮一號”升空50周年紀念日10天后，2021年4月29日，天宮號的核心艙“天和”發射。中國天宮空間站由三部分組成，包括“天和”核心艙、“問天”及“夢天”兩個實驗艙，整體呈T字型。

　　核心艙是空間站的指揮控制中心，具備交會對接、轉位與停泊、乘組長期駐留、航天員出艙、保障空間科學實驗等能力；密封艙內配置有工作區、睡眠區、衛生區、就餐區、醫監醫保區及鍛煉區，能夠為航天員工作和生活提供舒適良好的保障。

　　2022年7月24日，“問天”實驗艙發射升空，可以對“天和”核心艙平臺功能進行系統級備份，能夠在應急情況下“整體接管”空間站。它支持航天員在軌駐留，提供專用氣閘艙和應急避難場所，還支持開展密封艙內、艙外科學實驗和技術試驗。

　　2022年10月31日，搭載“夢天”實驗艙的長征五號B遙四運載火箭在海南文昌發射，約8分鐘后成功進入預定軌道。這是中國空間站的第三個艙段，也是最后一個模塊。11月3日，隨著“夢天”實驗艙順利完成轉位，“T”字基本構型在軌組裝完成，擁有整體110立方米活動空間的中國空間站建造完成。

　　空間站工程是中國載人航天工程的第三步。“三步走”的第一步是研制載人飛船階段，實現航天員天地往返等目標；第二步是空間實驗室階段，掌握出艙、交會對接技術，驗證推進劑在軌補加技術，完成運送貨物補給等任務；第三步則是空間站建設任務，具體來說，又包括關鍵技術驗證、組裝建造和運營三個階段。

　　中國空間站研制工作由中國航天科技集團五院(以下簡稱“航天五院”)抓總。研制團隊抓總完成天宮空間站系統設計、核心艙和問天艙研制發射任務，及空間站在軌關鍵技術驗證和組裝建造。團隊突破超大型載人航天器系統研制、大型載人航天器交會對接與艙段轉位、多任務高剛度高精度機械臂在軌操作等多項關鍵技術。

　　胡軍是航天科技集團五院載人飛船系統副總設計師。1993年7月，彼時從北京大學博士畢業的他就加入五院，投身到剛剛啟動的“921”工程中，見證了基礎薄弱的中國載人航天如何一步步騰飛。

　　他在接受《中國新聞周刊》采訪時稱，當時中國在航天技術、工業和人才方面底子薄，大大小小的任務都要從頭摸索。比如，研發載人航天工程的相關軟件要從零起步，當時三位軟件編程設計師都是初出校門，邊學邊研發，費盡心血。

　　胡軍參與了載人天地安全往返、組合導航系統、空間交會對接技術等關鍵控制技術的攻關，“返回控制技術、捷聯慣性組合導航和地面實驗這幾項攻關是比較難的。”胡軍說，所以從1993年開始，一直到1999年，中國才發射神舟一號，當時都是老同志帶著年輕人一點點摸索過來。

　　2003年，神舟五號首次將中國航天員送入太空。回頭來看，胡軍說，最開始那10年的艱難起步，雖然困難重重，但是的確做了很多工作，為后來載人航天工程第二步和第三步打下了很好的基礎。

　　比如，第一步當中，中國建立了現代化的酒泉衛星發射中心、航天員訓練基地，建立了測控、火箭發射、飛船制造、著陸救援等新的技術體系。更重要的是，像胡軍這一批剛剛參加工作的新人，經歷了從神舟一號到神舟五號的鍛煉，都逐步成長為各自領域的專家。再加上整體國力、工業水平等方面的綜合提升，載人航天工程的二期和三期開展得更加順利。

　　“921”工程帶動了中國整體航天技術的進步。比如，為了支撐中國載人航天工程，中國建立了自己的中繼衛星。從2008年4月發射天鏈一號01星以來，中國已建成了擁有全球覆蓋能力的中繼星衛星系統，使得實施空間站交會對接技術時，不會受到測控資源的約束。

　　“我國當前有了非常完備的航天體系。”航天科技集團五院空間站系統總指揮王翔2022年8月在接受央視采訪時談道，而且，諸多技術能力是完全自主可控的。

　　一個面向全球的太空研究基地

　　2022年10月，接受《自然》雜志采訪時，澳大利亞格里菲斯大學研發太空技術的教授保羅·索薩表示，中國建造天宮空間站是一項巨大的成就。“這是杰出的，”他補充說，空間站為中國研究人員開辟了一個新的科學研究基地。

　　空間站是人類飛往深空的前哨站，也是人類在太空中的大型科學實驗平臺。《自然》雜志指出，天宮號是目前太空中唯二的實驗室，預計將在其至少10年的生命周期內開展1000多項科學實驗。

　　雖然空間站運行在距離地面340至450公里的低地球軌道上，比起地球到月球、火星等天體的距離近很多，但是這里已進入了太空，可以獲得微重力環境，這為許多研究提供了可能性。

　　2022年5月，神舟十三號載人飛船返回艙在北京開艙，出艙的除了宇航員，還有中國農業大學、北京林業大學、航天育種產業創新聯盟等單位精選的作物種子。這次跟著3名航天員一起搭乘該飛船返回地球的有約12000顆種子，包括中藥材、牧草、水稻、生菜等各類植物種子。

　　太空育種的最大優勢在于空間誘變材料的變異率高、育種周期短，可在較短時間內創制出高產、早熟、抗病等性狀優良的種質資源。30多年來，中國通過航天育種已篩選新材料1200多份，培育水稻、小麥、大豆、蔬菜等新品種260多個。

　　2022年7月，空間站系統總指揮王翔等人發表的文章《我國天宮空間站研制及建造進展》指出，天宮空間站作為國家太空實驗室，將利用艙內25個實驗機柜、艙外67個暴露載荷支持設施，持續滾動開展各類研究。主要研究方向包括航天醫學、空間生命科學與生物技術、空間天文與天體物理學、微重力流體物理與燃燒科學等。

　　空間站實驗項目采取滾動征集、遴選和實施的機制，每2~3年按照規劃進行一次項目征集。與國際空間站將合作國以外的他國科學家拒之門外不同，中國空間站的實驗室資源是面向全球的。中國載人航天工程總設計師周建平曾表示，對一些有意愿、沒能力獨立從事載人航天活動的國家，中國可為其提供太空飛行和科研的機會。

　　天宮空間站的高速通訊系統可以每天向地面發送數10G的數據。這將讓科學家得以分析所有可能包含了重大發現的數據，例如非常微弱的伽馬射線暴，或其他可能被當作噪音而忽視的天體物理活動。天宮還搭載了一臺超級計算機，能在太空中分析數據，這些信息隨后可以與地面科學家共享，以便研究同步進行。

　　空間站建成后，預計2024年前后投入運行的巡天空間望遠鏡也將與它共軌飛行，在附近軌道上以光學和紫外線波長觀測宇宙。巡天的口徑為兩米，分辨率與哈勃望遠鏡相當，且視場角是哈勃的300多倍，是中國第一個大口徑、大視場的空間天文望遠鏡。當巡天望遠鏡需要維修、推進劑補加和載荷設備升級時，就可以與空間站對接，單獨運行時，又不受其他艙體影響。

　　王翔等人指出，這種長期共軌飛行、短期對接停靠的模式是天宮空間站在運行上的重要創新。除了巡天空間望遠鏡外， 未來還將可能有更多的航天器與天宮空間站共軌飛行，接受在軌服務，天宮空間站將逐漸發揮“太空母港”的重要作用。

　　2022年，是國際空間站工作的第24個年頭，超長的服役期使得空間站的設備性能嚴重老化，每年高達50億美元的維護成本，依舊無法修補其損傷。2021年，拜登政府給出了最后的期限：國際空間站最早可能在2030年退役。不過，這還要取決于合作國的意愿。

　　也就是說，在未來很長一段時間內，天宮空間站可能將會成為近地軌道的唯一的空間站。因此，其在太空科學研究方面的意義將更為顯著。北京大學地球與空間科學學院教授焦維新曾在接受《中國新聞周刊》采訪時強調，所有空間站本身建造技術的進步也都是為科學實驗服務，要有原創、特色的成果和新的技術應用出現，“這是我們的主要目標，也是我們由空間大國變為空間強國的根本方向”。

　　注重應用效益和運營經濟性

　　空間站技術發展方面，此前最具代表性的是蘇聯的“和平號”空間站和16國聯合建造的國際空間站。

　　1986年，蘇聯的“和平號”空間站升空，這是第三代空間站代表，其多艙結構亦可稱之為組合式、積木式的空間站。“和平號”空間站由1個核心艙和5個實驗艙組成，5個實驗艙都通過核心艙上的接口與之緊密結合，像堆積木一樣。

　　中國的天宮號亦屬于第三代空間站。美國印第安納大學研究太空治理的教授艾坦·泰佩爾等人2022年12月在學術類媒體《對話》的文章中指出，天宮參照了蘇聯時代的設計，不過，天宮空間站進行了大量的現代化改進。

　　空間機械臂技術是天宮空間站的亮點技術之一。天宮空間站在“天和”核心艙配置1個7自由度大機械臂，作業半徑為10米；在“問天”實驗艙配置1個7自由度小機械臂， 作業半徑為5米，可獨立、組合或協同使用，完成艙段轉位、輔助航天員出艙、艙外貨物轉移、懸停捕獲來訪飛行器等任務。

　　國際空間站以其龐大的規模、酷炫的外形，已成為當代世界航天的標志。它由美俄主導，日本、歐洲、加拿大航天局參加，16個國家共建和運行。1998年11月20日，由美國出資、俄羅斯制造的第一個組件“曙光”號功能艙發射成功，隨后10多年間，國際空間站從2個太空艙拓展至15個太空艙，直到2010年才最終建造完成并轉入全面使用階段。

　　國際空間站落成這一年，中國載人空間站工程正式啟動。與國際空間站相比，天宮號雖然起步更晚，反而有了更多后發優勢。正如胡軍所指出的，“每個年代的航天工程，都打上了那個時代的烙印。”他說，天宮空間站在設計時，考慮的就是一個大規模的中控系統，盡可能把各種分散在各個艙段的資源整合起來，實現資源的重組、融合，降低冗余設計。比如，信息技術方面，不再采用國外空間站的點對點通信，而是全總線結構，不但能大大減輕電纜重量，而且數據量更大，且可以實現數據共享。

　　《紐約時報》指出，西方航天專家表示，國際空間站的規模超出實際需要，特別是考慮到自1994年以來，計算機和其他科學設備都已經小型化。相反，中國空間站吸取了國外空間站的經驗和教訓，最大限度降低組裝、建造和運營成本，最大程度地支持科學實驗。王翔等人發表的文章寫道，天宮空間站的設計從中國國情出發，遵循規模適度，有所為、有所不為的原則，充分采用當代先進技術，注重應用效益和運營經濟性，實現跨越式發展。

　　比如，國際空間站中，美、俄、日及歐洲航天局各有一個主要用于開展實驗工作的實驗艙，其真正用于實驗的艙體占整個空間站重量比不到20%。天宮號空間站除了兩個實驗艙，核心艙也可以開展部分實驗工作。中國載人航天工程總設計師周建平近來在接受采訪時談到，通過高效的空間管理，中國空間站提供的實驗機柜數量將會是國際空間站的五分之四。

　　早至2016年，周建平就曾談及，航天事業很花錢，中國一直在琢磨著省錢。當時，他透露，中國正在研究載人飛船的回收問題，下一個發展目標就是回收和重復利用載人飛船。

　　2022年12月，在接受采訪時，周建平重提了這一目標，并表示，“我相信幾年內我們就可以實現新一代飛船返回艙的重復使用。”火箭方面，2022年11月26日，由航天六院研發的一種燒液氧煤油的火箭發動機原型試車成功，該發動機是瞄準新一代運載火箭重復使用而打造的天地往返動力裝置。

　　空間站進入運營階段后，航天科技集團五院負責載人飛船系統的副總設計師胡軍說，空間站有定期例行的發射任務，需要載人飛船和貨運飛船提供支持服務，以實現航天員和貨物的往來。因此，其所在團隊接下來還是要保證飛船系統的兩大基本使命：交會對接和能夠更加安全可靠地返回。未來，還要進一步發展自主的快速返回系統。他表示，“要未雨綢繆，考慮到更多的場景和可能的意外情況。”

　　中國載人航天的下一個目標是月球。2022年11月28日，在神舟十五號載人飛行任務新聞發布會上，中國載人航天工程辦公室主任助理季啟明表示，中國載人航天探索的腳步不會只停留在近地軌道。月球是人類拓展和開發利用地外空間的理想基地和前哨站，月球探索也一直是當今世界載人航天發展的熱點和焦點。

　　王翔在12月接受央視采訪時也談到，天宮空間站的前向可以繼續發射對接一個擴展艙段，從而提供更多的空間站對接口。后續如果要開展載人月球探測，一些飛行器的技術或者新一代飛船的技術，都可以利用空間站的這個平臺在天上進行驗證。“空間站的應用和發展剛剛起步。”

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