“梦天”启程 打造空间技术研究“梦工场”

吴军　周涛　李同　付毅飞

10月31日，空间站梦天实验舱在海南文昌航天发射场由长征五号B运载火箭托举升空，吹响了我国空间站建造任务收官的号角。

11月3日9时32分，空间站梦天实验舱顺利完成转位，使得三舱组合而成的空间站形成“T”字构型，这标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，从而向着建成空间站的目标迈出了关键一步。

立足“建站为应用”宗旨，梦天实验舱在轨组装完成后，与其他两舱实现控制、能源、信息、环境等功能的并网管理，共同支持空间站开展更大规模的空间研究实验和新技术试验，打造空间技术应用研究“梦工场”。

梦天实验舱由中国航天科技集团八院抓总研制，舱体全长17.88米、直径4.2米、发射质量约23吨。与天和核心舱、问天实验舱相比，梦天实验舱任务分工和定位上有所不同，在配置上三舱也各有特点。

“梦天”和“问天”两个实验舱“长得很像”，在舱段的组成上，都拥有工作舱、气闸舱和资源舱，特别是“两兄弟”的工作舱和资源舱的造型几乎别无二致。工作舱都是位于最内侧，通过对接机构与核心舱的节点舱相连。

虽然“梦天”与“问天”都叫“实验舱”，但在科学实验方面，两者却各有侧重。问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态、生物技术和变重力科学等实验柜；梦天实验舱则主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜。

此外，梦天实验舱定位为航天员工作的地方，没有配置与天和核心舱、问天实验舱类似的睡眠区、卫生区等。但三个舱段均为航天员配置了锻炼设备，梦天实验舱配置的是抗阻锻炼设备，类似健身房里的划船机。

从总体构型来看，梦天实验舱由工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱4个舱段组成，工作舱位于最前端，与核心舱相连，是航天员工作、锻炼以及舱内科学试验机柜安装的地方。载荷舱与货物气闸舱以“嵌套”形式与工作舱相连。位于舱体尾端的资源舱是实验舱的“能源仓库”，资源舱上安装的两副巨大太阳翼，可通过持续旋转、稳定对日为空间站提供充足的能源支持。

梦天实验舱是中国空间站上载荷支持能力最强的舱段，舱内配置了13个标准载荷机柜，主要面向微重力科学研究，可支持流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向研究。为了最大化实现舱外试验支持能力，梦天实验舱舱外配置有37个载荷安装工位，可为各类科学实验载荷提供机、电、信息方面的支持。

在我国空间站上，问天实验舱的气闸舱是航天员出舱的主要通道，而梦天实验舱的货物气闸舱则是货物出舱专用通道。

过去，空间站只能由航天员进行舱内外货物的转移、安装，这种方式受到航天员出舱次数、载荷数量与大小的限制，频繁开展出舱活动也会带来复杂的安全考验。货物气闸舱的应用，将为空间站后续开展各类舱外科学实验提供强大支持。

货物气闸舱采用“内舱门+外舱门”双门设计：通往工作舱的内舱门，是隔离舱内与舱外空间环境的关键设备；面向太空的外舱门是货物的出舱口。为了保障航天员的在轨安全，內外两道舱门不会同时开启。

梦天实验舱独具的载荷自动进出舱功能，能进一步提高空间站进行舱外载荷实（试）验的能力和效率。梦天实验舱舱内配置了一台载荷转移机构，可以稳定地将货物从舱内送出舱外，或将舱外货物运回舱内。该机构的运送能力达400公斤，单次运送货物包络可达1.15米×1.2米×0.9米，相比航天员“人力带货”，运货能力大幅提升。

跟航天员进出舱一样，货物进出舱也需要经过泄复压过程，即出舱泄压、进舱复压，让舱内外气压环境保持一致。因此对于气闸舱来说，内部空间越大，就意味着在泄复压期间损耗的气体越多。为此，货物气闸舱的外形尺寸根据出舱货物的大小进行了最优设计，2.2米的直径既能保障货物有充足的空间进行安全转运，又能减少气体损耗，提高空间站的气体利用率。

执行货物出舱任务时，航天员先开启内舱门，此时外舱门呈关闭状态，工作舱与气闸舱形成密闭的工作环境，负责搬运货物出舱的载荷转移机构伸进舱内，航天员不用穿舱外航天服就可以开展载荷、货物的安装操作；随后转移机构缩回至气闸舱，航天员关闭内舱门，由地面发出指令打开外舱门，实现货物的顺利出舱。

此外，为了满足将来更大更重货物的进出舱需求，货物气闸舱上还装有我国空间站首个电动弧形方舱门。舱门宽达1.2米，采用全自动滑移设计，可以为货物进出舱提供一条宽阔的走廊。

除了上述功能外，梦天实验舱还拥有一项特别“炫酷”的能力——在轨释放微小飞行器。舱内专门配置的释放机构能够满足百公斤级微小飞行器或者多个规格立方星的在轨释放需求。

通常情况下，释放机构以组件形式收纳在舱内，当需要执行释放小卫星任务时，航天员可以按照立方星的规格进行在轨组装。“包厢”单次最大载客量为36U（1U的体积是10厘米×10厘米×10厘米）立方星或百公斤级微卫星。立方星安装完成后，“包厢”搭乘载荷转移机构转移到舱外。

其中，微小卫星通过卡槽固定在释放机构上，航天员可以通过控制步进电机运行释放卡槽，再由弹簧机构将微小卫星弹出。立方星初始放置在盒状机构中，通过控制阀门，打开锁住立方星的控制门，然后由弹簧弹出立方星。在这一过程中，释放机构控制器通过精准控制，打开传送之门，将卫星送到“千里之外”。

释放时，航天员先在舱内把微小卫星装入释放机构，释放机构搭乘载荷转移机构将小卫星运至舱外，出舱后，机械臂抓取释放机构，对准指定方向，释放机构再像弹弓一样，把小卫星弹射出去。

此外，梦天实验舱的载荷舱为空间站进行舱外科学实验提供了强大的平台支持。

载荷舱上配置2个展开式暴露平台和1个固定式暴露平台，全舱可提供24个标准载荷工位，能极大拓展空间站开展空间科学实验的能力。

随着更多科学实验任务的开展，空间站载荷供电需求成倍增加。为此，梦天实验舱配备了跟问天实验舱一样的巨型柔性太阳翼。我国空间站基本构型组装完成后，两个实验舱配置的4副太阳翼将打造最强劲的“能量源泉”，使空间站日发电量达到近千度，实现“用电自由”。