“走进”天宫二号（特别报道·天宫二号与神舟十一号载人飞行）既是太空实验室，又是航天员的“太空之家”
来源：同济医学院关工委编辑录入：OY 2016/9/16 8:29:38 1393
来源：《 人民日报 》（ 2016年09月16日 04 版）
本报记者 余建斌 冯 华 吴月辉 喻思娈
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图为天宫二号发射全过程示意图。 |
成功发射入轨的天宫二号空间实验室，将在离地球近400公里的近地轨道上绕地球飞行。这个长10米、最大直径3米多，重约8吨的人造航天器，虽然在浩瀚太空只是一个难以分辨的“小不点”，但却是一个真正的太空实验室，是能供航天员居住的“太空之家”。
升级版的“太空之家”，高智能是突出特点
天宫二号堪称天宫一号这个“太空之家”的升级版。天宫一号目标飞行器算是一个空间实验室的雏形，是中国航天员在太空的第一个家。天宫二号外形和天宫一号相同，分为实验舱和资源舱两个舱段。实验舱为密封舱，主要功能是为航天员在太空生活提供空气洁净、温度和湿度适宜的载人环境和活动空间。资源舱是非密封结构，主要功能是为天宫二号在太空飞行提供能源和动力，太阳电池翼、蓄电池、推进剂、发动机都布置在资源舱，实际上就是一个动力舱。
中国航天科技集团五院天宫二号总设计师朱枞鹏介绍，高智能是“太空之家”的一个突出特点。技术人员为天宫二号配备了智能化的“大脑”——控制计算机系统和自主研发的操作系统，它可以自主地进行航天器飞行轨道、姿态调整、运行状态的智能化诊断等。
为了让航天员和天宫二号之间实现智能化沟通，技术人员研制出“太空高智能APP”——仪表控制器应用系统，整合了航天器十多个分系统的所有数据，把复杂、晦涩的专业数据浓缩成52组画面，实现了图形、文字、动画的智能化处理与显示，为航天员执行任务提供了清晰、直观、舒适的显示界面。
天宫二号比天宫一号多了在轨补加系统，可实现在太空边飞行边“加油”，极大提高在轨运行时间。因此，发射前天宫二号只加了半箱“油”，节省的重量可以携带更多的载荷产品和航天员的生活物资。
宜居技术，将让航天员的30天太空生活舒适惬意
实际上，航天员在太空时是生活在由天宫二号和神舟十一号组成的组合体中。航天员吃饭、生活在神舟飞船内，工作、娱乐和锻炼则在天宫二号内，再加上单独的睡眠区、垃圾存放区，组合体的空间被紧凑地隔成了多个功能区。其中，航天员在天宫二号工作、生活的空间约15立方米。占地较大的供航天员锻炼身体用的“跑台”和工作用的“多功能平台”采用了折叠方式进行收纳，最大程度节省了空间。
朱枞鹏说，由于航天员要在太空呆30天，天宫二号首次系统开展了面向中期驻留的载人宜居环境设计，从提高生活质量、降低工作负荷、改善睡眠环境、丰富娱乐条件等方面着手。为此，航天员工作区和生活区的噪音控制在50分贝的适宜程度；密封舱空气温度控制在22—24摄氏度、相对湿度为45%—55%这一人体感觉最舒适的温湿度，为航天员长期在轨驻留提供了有力保障。为保障航天员在太空的空气质量，技术人员研制了环控检测装置，当有害物质含量超过预警值时，立即报警并指示航天员按预定方法处理。
由于航天员在太空处于失重状态，行动需借助踩踏内部结构的反作用力，天宫二号在内饰材料上选择了轻量化的硬质材料，有效解决了之前在天宫一号工作时，脚下软质内饰“一踩一个坑”的不便。此外，还在多个区域增加不少硬质扶手，并引入了驻留腰带、头戴式无线蓝牙耳麦等设计，使舱内工作更便利。
此外，设计师们还在天地通话、视频、电子邮件等方面花了不少心思。借助天地链路，通过地面数据转换，航天员可以与地面实现视频互动，也能与家人私密通话。
多项实验项目触及世界前沿探索领域，任务量为历史最多
作为我国第一个真正意义上的太空实验室，天宫二号在完成中期在轨驻留、空间货物运输、推进剂在轨补加等空间站建造与运营关键技术的基础上，开展的各类科学实验和应用试验多达14项，任务量空前。其中有两项实验是航天员直接参与操作的，还有一项实验属于国际合作项目。
这些实验项目，绝大多数触及当今世界最前沿的探索领域，涉及微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测以及新技术试验等多个领域。航天员既是被研究对象，也是这些科学实验的操作者。
天宫二号还携带了一颗小卫星，将在空间中验证小卫星在轨释放、驻留伴随飞行等技术。通俗讲，天宫二号将在太空“放飞”这颗小卫星，并跟着一起飞行。伴随小卫星结构小、重量轻、任务灵活，可以在主航天器上直接释放，节约发射成本。伴随小卫星也将成为“摄影师”，对天宫二号和神舟飞船组合体近距离实时跟随，给它们拍下太空留影。
天宫二号将在空间站轨道运行
本报记者 余建斌 冯 华
天宫二号担负着验证未来我国空间站技术的重任。所以，这一次在轨道的设计上，天宫二号运行的轨道选择了距离地球393公里的轨道，这也是未来我国空间站运行的轨道高度。这个轨道要比之前载人航天任务的轨道，比如天宫一号的轨道要高50公里。在太空当中，这50公里的距离可以发挥不小的作用。
中国航天科技集团五院载人航天总体部系统工程研究室副主任王为介绍，轨道越高，周围空间环境的气体就越稀薄，气体阻力就越小，维持这个轨道高度所需的推进剂就越少。反之，由于空气阻力的影响，飞行器每天都会损失一定的高度，就时常需要消耗燃料来提高轨道。这也是所有载人飞行器都要考虑的问题。
不过，对空间实验室或者空间站来说，一味追求轨道高也不行。王为说，轨道不能太高，否则对火箭的运载能力要求就高，那样的话虽然空间站轨道维持需要的推进剂少了，但是火箭要带的推进剂却可能要更多。
天宫二号的下一个中国太空设施就是空间站，航天科技集团五院空间实验室系统副总设计师廖建林介绍，未来我国要建造的空间站，比天宫二号空间实验室要大得多。从体型上来说，可以把空间实验室比作一个迷你版的空间站。而从任务和功能角度来说，空间站要比空间实验室强大很多。首先，空间站有供人生活的所有设施，航天员可以长期工作和生活。比如比较著名的空间站包括苏联发射建造的“礼炮”空间站与“和平号”空间站，以及由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧洲空间局共同建造的国际空间站。其次，空间站在轨飞行的时间更长，比如国际空间站已经为人类工作了16年。由于空间站的寿命比较长，它也可以开展更为复杂、精密的太空科学实验。
对话中国载人航天工程总设计师周建平——
从空间实验室迈向空间站
来源：《 人民日报 》（ 2016年09月16日 04 版）
本报记者 余建斌 冯 华 蒋建科 刘诗瑶
9月15日22时04分，天宫二号空间实验室成功发射，将在太空轨道上飞行约1个月，然后两名中国航天员乘坐的神舟十一号飞船与之对接，随后航天员将在天宫二号和神舟十一号的组合体中工作、生活30天，将创造中国航天员太空驻留的新纪录。
发射前夕，本报记者专访了中国载人航天工程总设计师周建平院士，全方位解读此次载人航天“大戏”的亮点和看点。
我国第一个真正意义上的空间实验室
记者：发射天宫二号的目的是什么？
周建平：天宫二号是一个独立飞行、长期在轨、短期有人照料的载人飞行器，是我国第一个真正意义上的空间实验室。天宫二号的任务是载人航天空间实验室飞行任务的一部分，而空间实验室任务又属于我国载人航天工程第二步第二阶段，完成这个阶段后，就将开始建造我们的空间站，也就是载人航天的第三步。
今年6月，在海南文昌发射场，新型的长征七号火箭成功实现首飞，也搭载了一系列的科学试验载荷。长征七号的这次发射是空间实验室飞行任务的“首飞”，随后就是天宫二号发射，接下来要发射神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室进行交会对接，明年上半年发射天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室对接。这样一共四次飞行任务，组成了整个空间实验室飞行任务。其中，航天员搭乘神舟十一号访问天宫二号，将开展科学实验和维修试验，以及一些太空科普活动。航天员返回地面后，天宫二号等待与货运飞船交会对接，货运飞船将对天宫二号进行推进剂在轨补加，这是验证我们未来空间站的一项重要关键技术，同时也验证空间站未来要使用的货运系统。
记者：天宫二号和天宫一号有区别吗？
周建平：天宫二号空间实验室是在天宫一号目标飞行器备份产品基础上研制的航天器，外形相同，但承担的任务不同。天宫一号作为目标飞行器，主要是和载人飞船配合完成空间交会对接试验任务。天宫二号原来是天宫一号的备份，新研制了推进剂补加系统，是我国首个具备补加功能的空间实验室，将首次实现航天员30天驻留，首次应用推进剂补加技术等。而且，天宫二号飞行的轨道高度和未来空间站的轨道高度相近，比天宫一号要高几十公里。因此，天宫二号的功能更多，能适应新的使命，具备更高的可靠性和更长的在轨飞行寿命。
货运飞船在太空为天宫二号补加燃料、中国航天员太空生活30天，是两大看点
记者：哪些是我们需要格外关注的技术难点？
周建平：难点应该是多方面的。这次空间实验室飞行任务的目的，主要是面向空间站的技术验证。空间站建设是一个巨大的新的挑战。在轨补加推进剂，也就是补充燃料，这是空间站要使用的非常重要的技术。在空间轨道上为航天器补加推进剂，非常复杂，是技术上要验证的重大技术。这是一个难点。
对航天员在太空一个月的生活、工作和健康的保障，也是难点，之前最长时间只有十几天，30天的太空驻留，对地面支持团队也是考验。这次只有两名航天员，也是希望在天宫上一次性携带资源有限的情况下，飞得更久一点。
记者：您觉得最大的压力来自哪里？
周建平：航天是一个很复杂的大系统，尤其是载人航天。载人飞船、空间实验室都有上十万的元器件、零部件，火箭也有近十万，都是非常复杂的系统。同时航天飞行面临着非常复杂的环境。所以说，压力并不是来自某一项任务，航天人要把每一个环节做到精致、做到极致，才能完成我们的使命。
载人登月，有望成为中国载人航天下一个走向太空更深处的现实目标
记者：您能描绘一下未来的空间站吗？
周建平：明年天舟一号飞行任务完成后，载人航天工程就将进入空间站建设阶段。2018年前后首先发射试验核心舱，然后陆续发射其他舱段。建设期间和建成后均将发射载人飞船送去航天员，发射货运飞船送去补给物资、科学实验设施。空间站设计额定3人，所以每个航天员乘组一般是3人。空间站建成后载人飞行将常态化，将长期保持人在太空驻留工作的状态。长远看，一年两个乘组，未来空间站将持续十几年在轨运行。
目前，空间站正在研发过程中，我国空间站瞄准采用当代先进技术研制建造，掌握大型空间设施在轨建造、运营、维护、维修、升级的全面技术，同时利用太空微重力、高洁净、高位置、高真空的环境条件，开展科学前沿研究、空间探索、空间应用技术等研究。我国空间站的功能和国际上已建成的空间站类似，可以供航天员长期在轨生活，可以保障航天员健康生活、高效工作，也可以进一步研究人在太空如何健康地生活和有效发挥人在太空中的作用。中国建设空间站有后发优势，可用现在的先进技术，建成经济性更好、信息化程度更高的空间站。
记者：未来，载人航天会走向更远的太空深处吗？
周建平：我国载人航天工程分三步走，空间站是第三步。对于更远的目标，国内外科学家、航天工程师都有共识。第一个共识，火星应该是人类载人探索追求的重要目标，但火星探索非常复杂，需在动力、结构和航天员生保等技术领域有革命性突破才可能实现。第二个共识，应该是载人月球探测，这是一个现实可行的目标，技术上可以实现，同时在科学上、工程上也具有重大意义。
从中国航天已经具备的能力讲，到天宫二号发射前，载人航天共完成了十二次飞行任务。探月工程已经实现了绕月、落月的目标，目前正在开展月球探测第三步采样返回的工程研制。这些都为载人月球探测打下了很好的基础。从技术上讲，中国航天已经具备了开展载人登月研发的基本能力。当然，实现载人登月还面临很多技术上的挑战，我认为我们应该积极研究载人登月的中国方案、中国途径，同时积极储备技术，进行能力建设，为今后载人登月工程的实施做好准备。
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