梦天实验舱发射任务取得圆满成功。 新华社发
梦天实验舱。 新华社发
梦天实验舱是中国空间站“天宫”的一部分。交会对接后，三个舱段将形成“T”字基本构型，中国空间站完成在轨建造。
还值得关注的是，2022年中国空间站将实现在轨“换班”，并首次形成六舱组合体构型，首次两个乘组6名航天员同时在轨。
三舱合一后，空间站将升级为“三室两厅”，豪华的房子需要智能家居来匹配。中国航天科技集团八院空间站梦天实验舱总体副主任设计师孟瑶介绍，“智能家居”装置在梦天舱上作用不一，无论是太空智能家居的实现应用，还是诸多科学装置的搭载使用，它们一道勾画着中国空间站的未来。梦天实验舱搭载的话音设备，可以与核心舱、问天实验舱、载人飞船、货运飞船组建多舱段语音传输系统。不管航天员在“三室两厅”的何处，高效便捷的话音设备都能让他们实时对话，按需群聊、私聊。
空间站三个舱段形成“T”字构型
问天实验舱和梦天实验舱有什么区别?中国空间站建设，共有两个实验舱，加上核心舱，空间站的三个舱段将形成“T”字基本构型。
问天和梦天都是实验舱，二者有什么分工上的区别?其实，问天实验舱可看作“生物实验室”，执行生命科学实验。
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，能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究，以及密闭生态系统的实验研究，并通过可见光、荧光、显微成像等多种在线检测手段，支持分子、细胞、组织、器官等多层次生物实验研究，还能提供0.01g～2g的变重力模拟，支持开展不同重力条件下生物体生长机理的对比研究。
梦天主要面向微重力科学研究
梦天实验舱主要面向微重力科学研究，可看作“物理实验室”，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，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。
同时，在天宫二号空间冷原子钟的基础上，将建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究。
梦天实验舱配置了一个货物气闸舱和一个舱外展开试验平台。今后需要在舱外安装的科学试验设备，可以通过货运飞船运送到空间站，再通过货物气闸舱把载荷送到舱外，由机械臂或者航天员把它安装到舱外的平台上，这样可以实现舱外试验项目不断更新。
后续将发射巡天空间望远镜
此外，还在空间站舱外安排了材料舱外暴露试验装置和元器件与组件舱外通用试验装置，用于开展舱外实验项目。后续，还将发射与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜研究设施，开展广域巡天观测。
针对舱内科学实验机柜、舱外试验装置和巡天空间望远镜，在空间站建造阶段，共安排了近百项实验研究项目。
后续转入常态化运营后，还将实施较大规模科学研究，预期将有力推动暗物质与暗能量、星系形成演化、物质本质规律、生命现象本质和人在太空的响应变化规律，以及地球可持续发展等重大前沿科学问题的突破，为未来我国开展近地以远的载人空间探索提供深厚的科学和技术积累。
延伸
问天实验舱完成转位
等待梦天实验舱到来
9月30日，中国空间站在400公里的高空上演了一场高难度的“太空泊车”，将20多吨的问天实验舱从天和核心舱前向对接口缓慢平移至侧向对接口，完成由“一”字构型到“L”构型的“变形”，以全新姿态等待梦天实验舱的到来。
按照计划，空间站“L”构型组合体持续飞行1个月，后续迎接梦天实验舱组成T字构型，全面建成中国空间站。
为何需要“太空泊车”?
此次任务是问天实验舱首次在轨转位。按照规划，在中国空间站组装建造阶段，陆续发射的两个实验舱将对称分布于天和核心舱节点舱的两个侧向停泊口，建成空间站“T”字基本构型。
中国航天科技集团八院空间站系统副总师魏智指出，问天实验舱是中国目前最大的单体航天器，如果直接与空间站组合体进行侧向对接，会因为质心偏差对空间站姿态造成较大影响。
“好比我们用手推一根木棍的底部，如果沿着它的方向直推过去，木棍会径直向前走；如果从侧面撞过去，木棍则会发生较大的偏转。在太空的微重力状态下，偏离质心的力足以‘四两拨千斤’，使空间站的姿态失稳。”魏智说，因此，两个实验舱都需要先轴向对接于核心舱节点舱前向端口，再通过转位，移至侧向停泊口。
国际首次平面式转位
为了让实验舱转位更为平稳，问天实验舱采用了平面转位方式。这是国际上首次用平面转位方案完成航天器的转位动作。
魏智介绍称，和平号空间站采用了翻转式转位方案，舱体完成转位后，其姿态会发生90度翻转，中国空间站采用的方案则是让问天实验舱在同一平面内进行转位，此时由于质心的运动轨迹处在一个平面，转位动作对空间站组合体的姿态扰动较小，更易于空间站的姿态控制。
然而，与翻转式转位方案相比，平面式转位方案结构设计难度更大，地面试验系统更为复杂。研制团队研发了相应的测试系统进行在轨工作载荷及转位全时序试验验证，以确保实验舱转位任务安全可靠地实施。
纤纤“小臂”显身手
转位动作主要由配置在问天实验舱上的转臂机构以及天和核心舱节点舱上的转位基座完成。位于实验舱上的转臂机构，虽像一支纤纤“小臂”，但操作细致灵活，能让20多吨的实验舱起得柔、转得稳、停得准、对得顺。
转臂首先捕获核心舱上的转位基座，也就是将“手”轻轻搭到核心舱上并实现刚性连接，此时，对接机构解锁，随后，转臂缓慢移动舱体，其间，不能出现“急刹”“点刹”，需以低速且匀速的运转模式，降低对空间站组合体的扰动。
在即将到达侧向停泊点时，转臂开启“制动”模式，为了避免电机断电可能带来的“急刹车”，转臂上安装了缓冲耗能装置，既可以避免大惯量冲击造成“小臂骨折”，又能在三分钟内快速消耗舱体转位带来的动能，使实验舱能够精准地停在预定的侧向对接位置。
问天实验舱成功转位至侧向停泊口后，迎来最后一步动作“倒车入库”，也就是与天和核心舱完成侧向再对接。转位机构的位置保持能力可让实验舱以“悬停姿态”做好对接准备，对接机构则采用全新的捕获对接方式“准静态对接技术”，由实验舱的对接机构主动推出对接环实现捕获。
知多D
梦天实验舱是中国空间站“天宫”的组成部分，舱段规模20吨级。中国空间站，共有两个实验舱，加上核心舱，空间站的三个舱段将形成“T”字基本构型。问天实验舱可看做“生物实验室”，执行生命科学实验。梦天实验舱主要面向微重力科学研究，可看做“物理实验室”。
知识帖
转位、绕飞、交会……
带你了解航天器热知识
●载人航天器 在绕地球轨道或外层空间按受控飞行路线运行的飞行器，包括载人飞船、货运飞船、空间实验室、空间站等。此外，航天员出舱活动穿着的舱外航天服也是一种微型航天器。
●载人飞船 一般由轨道舱、返回舱、推进舱等组成。我国目前将航天员送往中国空间站的载人飞船是神舟飞船。
●货运飞船 用于运输物资(包括货物及废弃物)，并可对空间站进行轨道控制的飞船。一般包括货物舱和推进舱。我国目前使用的货运飞船为天舟飞船。
●空间实验室 可长期自主在轨飞行，供航天员中短期驻留并具备开展一定规模空间应用的载人航天器。天宫二号是我国第一个真正意义上的空间实验室，由实验舱和资源舱组成。
●空间站 通过补给，可长期自主飞行，供航天员长期驻留并具备开展较大规模空间应用的载人航天器。一般由核心舱、实验舱等多个功能舱在轨组装而成。中国空间站总体构型为3个舱段，包括天和核心舱以及问天、梦天两个实验舱，整体呈T字构型，能够容纳3-6名航天员在轨工作生活，建成后整体空间达到110立方米。
●交会对接 两个航天器实现轨道交会并完成对接的过程，也就是人们常说的“太空之吻”。它可以通过系统设计自动完成，也可以由航天员进行手动操作，整个对接过程仿佛“万里穿针”。被动对接的一方称为“目标飞行器”，而主动对接的一方称为“追踪飞行器”。
●绕飞 为了完成前向对接或径向对接，追踪飞行器绕着目标飞行器飞行的过程，需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成，被亲切地称为“空中芭蕾”。
●转位 空间站上将飞船或舱段从一个对接口转移到另一个对接口或停泊口的过程。例如，在空间站舱段转位时，舱段先与空间站解锁分离，而后在机械臂的拖动下以核心舱节点舱舱球为圆心进行平面转移，直至舱段与核心舱另一端口对接。
●分离/撤离 分离，通常是指两个载人航天器对接锁系解锁，由刚性连接状态到脱离机械接触的过程。撤离，是指航天器从组合体对接状态分离，并远离组合体的过程。
●补加/补给 推进剂补加，即货运飞船对空间站(或空间实验室)的推进剂贮箱补充推进剂的过程，俗称“太空加油”。空间物资补给，是为载人航天器完成推进剂、水、食品、备件及材料和其他消耗品补充的过程，通常由货运飞船来完成，被称为“太空快递”。
●回收 从对空间返回至地球特定区域的载人航天器、散落物和有效载荷等进行现场处置并转运至指定地点的活动。例如，神舟十三号飞行乘组在轨完成全部既定任务后，乘坐神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，现场工作人员将返回舱进行回收。
A12-15版 统筹:易福红 杨存海 来源:人民日报 新华社 央视
