“天和”核心舱发射成功中国空间站开建

供图/视觉中国

▲4月29日，搭载着中国空间站天和核心舱的长征五号B遥二运载火箭，在我国文昌航天发射场点火升空 供图/新华社

本报讯（记者 雷嘉）昨天11时23分，搭载中国空间站“天和”核心舱的长征五号B遥二运载火箭在我国文昌航天发射场点火升空。约494秒后，天和核心舱与火箭成功分离，进入预定轨道。12时36分，太阳能帆板两翼顺利展开且工作正常，发射任务取得圆满成功。此次发射任务成功，标志着中国空间站在轨组装建造全面展开，我国载人航天工程“三步走”战略成功迈出第三步。

中国空间站工程于2010年9月批准实施，以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型，可长期在轨稳定运行。其中，天和核心舱是中国空间站发射入轨的首个舱段，其起飞质量22.5吨，长16.6米、最大直径4.2米，供航天员工作生活的空间约50立方米，主要用于空间站统一控制和管理，具备长期自主飞行能力，可支持三名航天员长期驻留，并开展航天医学、空间科学实验和技术试验，是目前我国自主研制的规模最大、系统最复杂的航天器。

下一步，天和核心舱将按既定飞行程序，展开各项动作，开展在轨工作，并等待货运飞船和载人飞船的到来。后续，核心舱将先后迎接天舟货运飞船和神舟载人飞船的访问，在全面完成空间站关键技术验证后，与问天实验舱、梦天实验舱实施交会对接，完成空间站三舱组合体在轨组装建造。按照此前公布的空间站建造任务规划，今明两年我国将接续实施11次飞行任务，包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造。

参加此次发射任务的运载火箭及天和核心舱，分别由中国航天科技集团有限公司所属的中国运载火箭技术研究院和中国空间技术研究院（五院）抓总研制。

看点 1

有Wi-Fi、健身房

天和核心舱堪称航天员“豪宅”

中国空间站意味着中国人在太空有了一个“家”。天和核心舱由节点舱，大、小柱段，后端通道和资源舱组成，发射升空后将为航天员提供太空科学和居住环境，承接载人飞船和货运飞船的对接停靠。它的设计寿命是10年，并可通过维修延长寿命。为此，它的设计者们在软硬件两方面都匠心独运，力图让航天员在里面生活舒适、工作顺心。

硬件方面，天和核心舱是中国空间站的关键舱段，好比是大树的树干，其他舱段都会安装在它的接口上。所以核心舱有一个庞大的躯体和结实的身板：长度比五层楼房还要高，直径比火车和地铁的车厢还要宽不少，体积和重量比国际空间站的任何一个舱位都大。五院空间站系统副总设计师朱光辰曾经打了一个形象的比喻：如果神舟飞船是一辆轿车，天宫一号和天宫二号就相当于一室一厅的房子，而空间站就是三室两厅还带储藏间，算是“豪宅”了。

天和核心舱空间站构型极其复杂，舱体多，不仅各个飞行器相当于一颗颗“卫星”，而且各飞行器不同的组合，又变成了一个个新的航天器。为此，五院从设计伊始就充分考虑了各种因素，为核心舱配置了灵活的大脑和神经——数管分系统，设计了相当于冷暖空调的皮肤——热控分系统，随时调节体温。此外，经过科学且慎重的遴选，空间站上将搭载安装包括生物学、材料科学、基础物理、微重力、 流体等类别相关的科学研究实验设施，以及共轨飞行的巡天望远镜。

软件方面，此前我国航天员在轨飞行时间的最高纪录是33天， 航天员生存所必需的水和氧气由航天器直接送入太空。为了让航天员实现更久的在轨停留，中国空间站设计了完整的可再生生命保障系统。航天员呼出的水蒸气会通过冷凝水方式回收，排泄的尿液也会回收净化，重新作为饮用水和生活用水使用。电解制氧时产生的氢气与航天员呼出的二氧化碳，将通过化学反应生成氧气，这也能够降低氧气的补给需求。

据五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍，天和核心舱的密封舱内配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。不仅能够保证每名航天员都有独立的睡眠环境和专用卫生间，而且在就餐区配置了微波炉、冰箱、饮水机、折叠桌等家居，还配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材，以满足航天员日常锻炼。此外，舱内情景照明可由手机APP控制。说到手机，核心舱不仅配上了，可以实现在轨航天员之间通话和天地通话，还配了天地视频通话设备，可以实现与地面的双向视频通话。此外还有可以支持航天员收发电子邮件的测控通信网和相关设备。

文/本报记者 雷嘉 通讯员 庞丹

看点 2

134平方米柔性太阳电池翼

收拢后只有一本书厚

太空中唯一的能量来源就是太阳的能量。在天和核心舱成功发射的新闻中，很多人注意到了“太阳能帆板两翼顺利展开”的表述。据介绍，天和核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳电池翼，双翼展开面积可达134平方米，是我国首次采用柔性太阳翼作为航天器的能量来源。它的作用是在光照区将太阳能转化为电能，供整舱应用，同时为蓄电池储存能量，以备空间站进入阴影区后使用。

据承担天和核心舱电源分系统等研制任务的航天科技集团八院相关负责人介绍，与传统刚性、半刚性的太阳电池翼相比，柔性翼体积小、展开面积大、功率重量比高，单翼即可为空间站提供9kW的电能。在满足舱内所有设备正常运转的同时，也完全可以保证航天员在空间站中的日常生活。柔性翼全部收拢后只有一本书的厚度，仅为刚性太阳翼的1/15。基板采用超薄型轻质复合材料，对用来防护空间环境的胶层的涂覆厚度也进行了严格控制。

核心舱作为我国寿命设计要求最长的一个飞行器，10年的在轨飞行对所有产品的寿命提出了最高要求。而太阳翼作为舱外产品，要面对的空间环境极其恶劣：除了需要经历88000次±100°C的高低温循环外，还要经受低轨环境中原子氧、等离子体、紫外辐照、电离辐照等多种空间环境的考验。为此，805所柔性太阳电池翼研制团队开展了3年多的方案论证和比较工作，总结出了5项影响太阳翼长寿命的关键攻关项目，并经过大量的地面模拟长寿命测试。比如太阳翼上的张紧机构，这根看似简单的钢丝绳是一套恒力弹簧绳索系统，通过它的不断伸缩才能保证太阳翼在高低温环境下的足够刚度以及姿态控制。张紧机构的寿命试验要求是88000次，但为了确保它在10年的在轨工况中“张弛有度，收放自如”且“万无一失”，团队历经多年攻关地面完成了40万次热真空疲劳寿命试验、100万次常温常压寿命试验，充分验证了产品的高可靠、长寿命。文/本报记者 雷嘉 通讯员 程雷

看点 3

在400多公里高空

打造中国“太空电站”

天和核心舱拥有复杂庞大的系统，当然需要强有力的电力保障。有柔性太阳电池翼提供能量后，空间站长期在轨稳定运行、航天员长期驻留，站内的用电安全也是关键问题。在空间站运行到太阳无法照射的阴影区时，就由锂离子蓄电池为整个舱体供电。而锂电的安全性向来是大众关注的焦点。八院811所研制人员经过长期攻关，设计出了一种满足空间站运行需求的长寿命、大容量、高安全的锂离子蓄电池。

锂电最大的安全性问题是热失控。为此空间站锂电采用了多种特殊设计：从源头上采用陶瓷隔膜，提供良好的防内短路措施；在电池组内使用阻燃材料，防止高温引发燃烧；在电池组内使用卸压材料，为单体电池膨胀时提供空间；采用全密闭的锂离子蓄电池箱体式结构式设计，为舱内提供安全可靠的环境。

空间站核心舱共有6组锂离子蓄电池，每组66 个单体电池。而锂电使用时的难点在于实现对每个单体电池的过充保护。811所研制人员设计出了一套智能化的锂电管理系统，实现高精度、高可靠、高安全的锂电充电控制。国内首次采用高精度锂电集联采集系统，让采集精度更高、控制点更准；国内首次使用高效率高压大功率充电模块，充电时启用三级保护机制，在任意情况下保证用电安全；在充电过程中实施温度监测，当充电温度高于设定安全温度值时，立即停止该机组蓄电池充电。

空间站在长达10多年的在轨运行过程中，航天员需定期对锂电进行在轨更换。如何在不影响空间站的正常供电情况下，确保航天员的操作安全呢？研制人员为锂电更换操作上了“双保险”。核心舱有两个功率通道，当其中一个通道需要更换电池时，由另一个通道作为主力供电。且每个功率通道采用“2+1”机组工作模式，任意一个机组中的电池需要更换时，将本机组断电，剩余两个机组可以保证本通道正常供电。另外，研制人员在锂离子蓄电池模块中安装了两个并联的分段开关，通过将电池组的电压降低到人体的安全电压范围，满足人体的36伏安全电压要求，保护了航天员开展在轨维修时的人身安全。

文/本报记者 雷嘉 通讯员 缪新培

看点 4

优秀传感器助“中国臂”太空工作

打破国外技术垄断

天和核心舱配备有一条强大的机械臂——大型空间站机械臂。它不仅实现了核心部件全部国产化，而且负载自重比、操控精度等指标均达到世界领先水平，是中国空间站组装建造、运营管理、维护服务和空间应用的核心装备，也是辅助航天员工作的“最佳助理”。

大型空间站机械臂主要承担着悬停飞行器捕获、辅助航天员舱外活动、舱外货物搬运、舱体状态检查、载荷照料等重要任务。由航天科技集团四院44所自主研制的三款传感器产品：末端执行器六维力传感器、一维力传感器、关节一维力矩传感器，作为机械臂重要的传感测量元件，为这条有力的“中国臂”在太空工作提供了坚强保障。

六维力传感器是三款传感器中结构最复杂、研制难度最大的一款，能够同时测量三个方向上的力分量和转动时的力矩分量；一维力传感器主要负责机械臂末端执行器在实施目标抓取和拖动功能时，对拖动力进行监测；一维力矩传感器则用于感知机械臂关节转动时所承载的力矩，实现整臂的柔顺控制。三款传感器产品作为机械臂进行伸缩、扭转、抓握和拖动等动作时各关键部位的测力元件，就像机械臂的“触觉神经”，能够实时将力学参量反馈至机械臂的“大脑”，为机械臂实现精准控制提供重要依据，使机械臂具备强大的自由运动能力。

四院44所历时十年时间打造出的这三款传感器产品，具备体积小、质量轻、空间环境适应性强、精度及可靠性高、在轨稳定运行时间长等特点，特别是六维力传感器是国内首款、目前唯一一款自主研制，能够实现空间环境下同时测量6个力和力矩分量，并且成功搭载空间站应用的传感器产品，成功打破了国外在该领域的技术垄断，对于在该领域进一步实现国产化具有重要意义。 文/本报记者 雷嘉