庞之浩：中国载人航天技术发展概览（4）

（一）天宫二号基本情况

天宫一号的主要任务还是完成交会对接任务，因为我们要突破这项技术。研制天宫一号目标飞行器也是我国的一个创新。它有一个很突出的优点，发射一个天宫目标飞行器可以进行多次交会对接。比如，我们发射天宫一号以后，又先后发射了神舟八号、九号、十号与之对接，对接三次只发射四个飞行器就行了。而且天宫一号不仅用于交会对接，还可以验证组合体飞行技术，航天员还可以在里面进行科学实验和技术试验。而国外如果进行三次交会对接，要发射六艘飞船，每次交会对接以后两个飞船返回了，而天宫一号是不返回的，这样节省了经费和研制周期。

天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份产品的基础上改进而成的。它在外形、结构、尺寸、质量上都没有变化，长得和天宫一号是一样的，但天宫二号的“内芯”是不一样的。天宫二号和天宫一号尺寸是这样的：长10.4米，最大直径3.35米，太阳电池翼展宽是18.4米，重8.6吨，仍采用实验舱和资源舱两舱式构型，跟飞船不一样，飞船是三舱式构型——轨道舱、返回舱、推进舱。它的设计寿命也很长，可以使用至少两年。由于天宫二号执行的航天任务与相比天宫一号有很大的变化，所以它的“内核”有很大的不同，主要完成三大任务。第一个是要接受航天员的访问，进行30天中期驻留验证试验，来考核面向长期飞行的航天员的生活、健康、工作、保障等相关技术。第二个是接受我国首艘货运飞船天舟一号的访问，考核验证推进剂在轨补加技术。因为我们以后空间站在轨运行10年以上，不可能把所有的燃料物资运上去，需要不断用货用飞船进行补加，这次主要是用推进剂进行补加，以后航天员在空间站里面还可以运输一些物资。这天宫二号是我国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室。第三个是开展较大规模的空间科学实验和空间应用试验以及在轨维修和空间站技术验证试验。

围绕三大任务，天宫二号开展很多新的设计工作。第一，天宫二号比天宫一号飞得更高，要高50公里，在393公里的轨道高度运行。第二，实验更多。第三，时间更长。航天员在里面驻留的时间长，有14大项实验。为了保持与天宫一号相同的质量，专家们对设计方案进行了调整和改变，乘员人数只有两位，在燃料方面这次发射时所携带的推进剂比天宫一号少一些，一是因为2017年我们的货运飞船会为它进行推进剂补加，不需要带那么多；二是省出的空间和重量可以多带一些科研设备和空间站的技术试验设备上去。

（二）天宫二号与飞船的交会对接

天宫二号升空以后，先进入近地点200公里、远地点350公里高度的初始轨道，之后变轨进入约380公里高的运行轨道，进行在轨测试。神舟十一号载人飞船10月中下旬发射前，天宫二号要进入高度为393公里的近圆对接轨道，等待交会对接。所以，它不是一开始就进入到393公里交会对接轨道。由于轨道高度的变化，对它的设计要重新计算，现在我国的测控系统已经做好了这方面的准备。按照计划，天宫二号升空后和交会对接以前，要开展平台和空间应用载荷的测试。据最新消息，这个测试很顺利，并取得了一些科研成果。一是要进行平台和空间应用载荷的在轨测试，包括完成平台的姿态和轨道控制、供配电、信息传输与控制等方面的性能测试，以及交会对接支持、航天员驻留支持等功能的检查，完成应用载荷的功能性检查和测试。此后，转入独立运行模式，开展部分空间科学实验。二是在神舟十一号飞船发射前，天宫二号再一次进行状态和功能检查，确认是否满足载人交会对接条件和驻留要求，并将轨道调升至高度393公里近圆对接轨道。之后，按计划发射神舟十一号载人飞船，入轨后经变轨调向（一般要追两天）与天宫二号交会对接成一个组合体，航天员进入天宫二号开展科学实验和技术试验。组合体运行到30天的时候，神舟十一号的航天员就要进入飞船，关上舱门与天宫二号分离，航天员乘返回舱返回四子王旗主着陆场，天宫二号继续在轨飞行。

2017年4月，天舟货运飞船在文昌发射。这次不是酒泉发射，因为这个飞船质量比较大，有13吨左右，要用我们新研制的长征七号新一代中型运载火箭发射。入轨后，天舟一号要经过变轨调相与天宫二号交会对接构成组合体，进行推进剂补加试验。完成了任务以后，天舟一号与天宫二号分离，开展搭载载荷试验。天宫二号要继续在轨飞行，进行空间科学实验。天宫二号的有些实验是有人进行实施的，有些实验是可以无人进行实施的。

在整个交会对接任务中，天宫二号要扮演一个引导者和指挥管理者的角色，始终管控着工作的进度和进展。它能发信号告诉飞船“我在这里”，并且始终给追踪飞行器提供引导信息（一般大的航天器叫做目标飞行器，这个目标飞行器跟天宫一号不一样，我们统称为目标飞行器，而飞船可以叫做追踪飞行器）。对接成功以后，飞船停靠关机，转由天宫二号组合体进行控制飞行，它的电源也是用天宫二号的电源补充，另外能源系统、管理系统都是由天宫负责的。发射天宫二号是全面完成我国空间实验室任务的关键之战，将为我国后续的空间站建造和运营奠定坚实的基础、积累宝贵的经验，对推进我国载人航天事业持续发展，具有十分重要的意义。

下面介绍天宫上两舱的功能。天宫一号、二号都是由实验舱和资源舱两个舱组成。实验舱是控制舱也是航天员生活和工作的地方；资源舱为非封闭舱，为天宫提供动力和能源，进行姿控和轨控。实验舱前端安装通信设备、交会测量设备以及对接机构（用于与飞船交会对接），上面的通信设备比较多的，包括微波雷达、激光雷达、光学敏感器等等。而对接机构采用先进的异体同构周边式对接机构，中间用一个0.8米密封转移通道，航天员可以从飞船到天宫，也可以从天宫到飞船。实验舱的直径是3.35米、长6.4米，可以保证航天员的生活和工作。它的四壁都是一些机柜和各种设备、操作台以及睡眠的舱室，中间有一个2.2米高、1.8米宽、4米长的通道，是航天员运动、工作、生活的场所。在飞船航天员进入天宫之前，先要用微量有害气体净化装置对舱内的气体进行高效的净化，还要用带入的微生物装置对空气进行高效过滤净化。水汽会引起电器受潮短路，人在潮湿的环境中也不舒服，所以载人航天器还要用冷凝水收集装置定时自动收集实验舱内的人体呼吸、排汗等代谢产生的水汽。如果这些工作都做完了，航天员就可以进入实验舱工作和生活。实验舱里面有专门的睡眠区、锻炼区、实验区、仪表区等，有较多的实验设备，可以用笔记本上网、听CD和接收邮件。天宫一号的航天员只能收邮件不能发邮件，而天宫二号的航天员可以收发邮件。

天宫的资源舱和神舟号飞船推进舱类似，为非密封舱，直径2.25米、长3.2米，舱外安装了一对由四块太阳电池板组成的太阳电池翼以及一个直径1米中继卫星天线。太阳电池翼展开后是18.4米，发电效率高达27%到28%，与国际先进水平相差无几。我想这项技术也可以用于地面光伏系统，提高发电效率，以后也可用于空间站，但那将更大，而且是柔性太阳电池板。舱内还装了6个控制力矩陀螺，用于姿态控制。其上的电源分系统的质量比飞船减轻了40%，尾部装了两部490牛轨控发动机，周边还有四台150牛备用发动机和多台姿控发动机。

（三）天宫二号——温馨的“小家”

如果说天宫一号进行了“简装”，那么天宫二号就进行了“精装修”，主要是为了保证航天员在里面能够工作和生活得更舒适，因为这次航天员在里面生活时间比较长——30天，另外还要独立飞行3天。航天专家开展了宜居环境设计，集成了内部装饰、舱内活动空间规划等宜居技术，改善了就餐、睡眠环境，增加了体育锻炼设施和娱乐设施，改进了内装饰、硬质软质扶手，为航天员提供了舒适人性化的空间家居环境。这些变化可以使航天员驻留期间的生活和环境更加舒适、更加方便、更加丰富多彩。

例如，在天宫二号上首次使用可展开的多功能小平台。航天员在这个小平台上可以写字、吃饭、做实验等，生活工作两不误。原来航天员在飞船里面吃饭、方便，在天宫一号里面睡觉锻炼开展实验。有了小桌以后，航天员就可以在天宫二号里面吃饭。在通信方面，为航天员配置了蓝牙耳机、蓝牙音响，都是无线的。用地板代替了地毯，以前天宫一号里面铺着地毯，觉得软一些舒服，但据航天员反映好像地板更好一些，有脚踏实地的感觉。舱内的灯光采用米黄色的色调，而且亮度可以手动调节，而且为每个航天员安装了一个床前灯。在多个区域增加了不少硬质扶手，硬质扶手感觉比较牢靠。还引入了驻留腰带，如果不希望飘起来，就用腰带把自己控制起来。在锻炼方面除了动感单车，还增加了跑台、拉力器等等。还为航天员定制了一个“健身神器”——骨丢失对抗仪，可以防止长期飞行造成的骨丢失。当然，多功能小平台和跑台都是折叠式的，用的时候打开，不用的时候就折叠起来，以免占地。通过采取设备分区安装、增设吸能装置、优化消音装置等方法，把航天员工作区和生活区噪声降低了，控制在50分贝这个适宜的程度。为了避免夜间天宫二号飞行进出测控区时的语音通报影响航天员的睡眠，科研人员还特意设计增加了进出测控区语音通报使能或者禁止功能，航天员可以根据需要自行决定是否屏蔽进出测控区的语音通报。人体最舒适的体表温度是23℃，相对湿度在50％附近。天宫二号所携带的热控系统，便可将密封舱的空气温度控制在22～24℃，相对湿度控制在45％～55％这一人体最舒适的环境。

科研人员为天宫二号漆上不同的颜色，使航天员在里面更舒适一些。四面的墙壁选择了明亮的米白色，底部选择了深灰色，这样有一个天地感觉，工作台等板面选择了天蓝色。多层次的颜色划分，有望带给航天员一种清爽的感觉。值得一提的是，上面刷的漆不是一般的，而是由航天专家专门打造的一种航天漆、它的首要技术指标就是环保，不能含有任何有毒成分。因为在太空失重环境中没有了重力，也没有气压的束缚，物质的挥发速度比在地面上要快，所以必须采用环保漆才行。为了保证航天员在航空的空气质量，还专门研制了环控监测装置，可以同时完成“太空之家”内的二氧化碳、乙醛等20多种有害空气的检测。一旦发现有害物质超过预警值的时候，就会立即报警并指示航天员按规定方法进行处理，保障航天员的安全。

天宫一号、二号实验舱的外壁有特殊的防护板，具有吸收和弹射的功能，能够抵挡空间小碎片对飞行器的撞击，另外其自身2~3毫米厚的金属壳体也能起到一定的防护作用。万一出现5毫米的孔洞，天宫可以维护舱压不小于70千帕约80分钟，这样就为航天员赢得了充足的逃生时间。如果有较大的碎片，地面将向天宫发出指令改变其轨道和速度，避开较大的碎片。