“難忘5年前和家人守在電視機前等待你升空那一刻的激動(dòng)，難忘你和神舟八號、九號及十號的‘天神之吻’。”……上周，中國載人航天工程辦公室宣布天宮一號目標飛行器正式終止數據服務(wù)，將墜入大氣層燒毀。不少網(wǎng)友這樣留言，動(dòng)情揮別我國這個(gè)已在軌工作1630天的空間站“先驅”。
“功成身退”的天宮一號值得紀念，今夏接力“上崗”的天宮二號空間實(shí)驗室則將開(kāi)創(chuàng )更多的“第一次”：乘載神舟十一號升空的兩名航天員要在這里住30天，同時(shí)還會(huì )進(jìn)行天地量子密鑰傳輸試驗、激光通信試驗等多項中國首創(chuàng )的空間科學(xué)實(shí)驗和技術(shù)試驗項目。與此相應，包括長(cháng)征七號/五號火箭、天舟一號貨運飛船等也將在今年發(fā)射。
在此基礎上，中國將在2020年前后建成永久性空間站，并在2022年全面運行。有媒體此前發(fā)布消息稱(chēng)，國際空間站將在2020年退役，屆時(shí)中國空間站可能將成為唯一一個(gè)在軌運行的太空空間站。當年國際空間站項目將中國拒之門(mén)外，如今中國卻表示：“我們歡迎國際合作。”
天宮二號有啥新設備
接過(guò)天宮一號的接力棒，天宮二號目前已經(jīng)完成總裝，各系統正在緊張備戰，今年第三季度它將擇機發(fā)射。之所以說(shuō)“接力”，一大原因是技術(shù)裝備的提升。
別看天宮二號和天宮一號長(cháng)得差不多，“里子”變化卻很大。從中國航天科技集團此前發(fā)布的消息來(lái)看，天宮二號較大的改進(jìn)是裝備更豪華、裝載量提高、內部環(huán)境更好。值得一提的是，天宮二號的系統設計是模塊化的，也就是說(shuō)它出現問(wèn)題時(shí)可以快速更換和在軌維修，這在國內空間領(lǐng)域屬于首創(chuàng )。
其中一個(gè)新安裝的設備是機械臂，將測試開(kāi)展艙外搬運和維修。這個(gè)機械臂由中國航天科技集團公司五院自主研發(fā)。這種設備目前在國際空間站上已經(jīng)使用，但在我國航天領(lǐng)域仍處于試驗階段。
空間機械臂是什么？中國航天科技集團公司五院總體部空間機械臂系統研究所副所長(cháng)高升說(shuō)，通俗解釋就是一種典型的空間機器人，同大家熟悉的工業(yè)機械臂（機器人）一樣，它能用于空間站在軌組裝、在軌維修、貨物搬運與轉移、輔助航天員出艙活動(dòng)等，是空間站建設和運營(yíng)的關(guān)鍵裝備。
為了研制這條臂展超10米的“手臂”，我國科學(xué)家突破了16項關(guān)鍵技術(shù)，首次采用自主爬行和雙臂組合操作的模式，以實(shí)現大范圍大負載操作以及局部精細化操作。
所謂“自主爬行”，我們可以理解成機械臂一種有趣的“走路方式”，它可以頭尾互換地爬到每一個(gè)角落。雖然太空沒(méi)有重力，但要在速度快、慣性大的太空里拿起一件東西也不是那么簡(jiǎn)單的；而且萬(wàn)里之遙的機械臂全靠自己的判斷來(lái)選擇采取什么姿式、用多少勁，這個(gè)度很難拿捏。這些都需要在天宮二號上測試。
除了測試裝備，天宮二號還將在明年上半年驗證與天舟一號貨運飛船的對接和資源補給技術(shù)，這也是世界范圍內的難題。而且，因為后續要建造長(cháng)期在軌飛行的永久性空間站，推進(jìn)劑會(huì )不斷消耗，天宮二號還必須要實(shí)驗突破補加技術(shù)。
天宮二號將做些啥實(shí)驗
雖然天宮一號、天宮二號都屬于空間實(shí)驗室，但后者更為正規，或者說(shuō)天宮二號才是真正意義上的空間實(shí)驗室。
中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)中心高級顧問(wèn)、中國科學(xué)院院士顧逸東認為，天宮一號開(kāi)創(chuàng )性地突破了交會(huì )對接技術(shù)、組合體管控以及航天員中期駐留等先期技術(shù)驗證，在天宮二號上，這些成熟技術(shù)將被用來(lái)開(kāi)展包括空間科學(xué)和應用的實(shí)驗。
需要說(shuō)明的是，天宮二號將成我國最忙碌的空間實(shí)驗室，各類(lèi)計劃的實(shí)驗項目達到了史無(wú)前例的14項，涉及微重力基礎物理、空間材料科學(xué)、空間生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，其中兩項有駐留30天的航天員直接參與操作，一項為國際合作。這些項目中，大多是當前世界最前沿的探索領(lǐng)域。
比如，天宮二號將搭載全球第一臺冷原子鐘進(jìn)入太空，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗。利用太空微重力條件，這臺冷原子鐘的穩定度將高達10的負16次方，可以將航天器自主守時(shí)精度提高兩個(gè)數量級，能大幅提高如北斗衛星定位系統的導航精度。
比如，試驗從太空分發(fā)量子密鑰。密鑰分發(fā)是實(shí)現“無(wú)條件”安全的量子通信的關(guān)鍵步驟。量子是微觀(guān)物理世界里不可分割的基本個(gè)體。由于作為信息載體的單光子具有不可分割、量子狀態(tài)不可克隆等特性，密鑰分發(fā)可以抵御任何形式的竊聽(tīng)，進(jìn)而保證用其加密的內容不可破譯。從原理上來(lái)說(shuō)，這種通信方式就是無(wú)條件安全的。
目前，全長(cháng)2000多公里的“京滬干線(xiàn)”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)正在收尾，將在今年下半年建成；全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星有望在7月發(fā)射。屆時(shí)，一個(gè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò )的雛形將會(huì )形成。在這個(gè)過(guò)程中，天宮二號可以扮演量子衛星中轉的角色，實(shí)驗遠距離量子通信，讓信息在地面城市與太空構筑的范圍內實(shí)現“無(wú)條件”的安全傳輸。
此外，天宮二號還選擇了水稻和擬南芥，計劃進(jìn)行‘從種子到種子’的植物全生育發(fā)展過(guò)程實(shí)驗；搭載中國科學(xué)院與瑞士日內瓦大學(xué)聯(lián)合研制的伽馬暴探測設備，測量宇宙的伽馬暴射線(xiàn)和散射狀態(tài)，從而研究揭示宇宙結構、起源、演化等問(wèn)題。
中國空間站將是多面手
按照計劃，中國將在2018年發(fā)射三艙空間站也就是長(cháng)期有宇航員照料的空間站的首艙，組裝工作將于2020年完成，2022年投入全面運行?？臻g站的軌道高度為340-450公里，設計使用壽命為10年。隨著(zhù)艙段的增加（最多會(huì )有6個(gè)艙段），航天員的數量可能從最初的3名增加到6名。
和天宮一號、天宮二號相比，空間站又有何不同呢？顧逸東介紹說(shuō)，空間站將是一個(gè)全新的階段。天宮一號、天宮二號名字叫空間實(shí)驗室，顧名思義，比較小，是單艙室的，重量也就8噸左右；空間站則是一個(gè)新系統、組合體。
具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)組合體初期將有3個(gè)艙段，一個(gè)核心艙，兩個(gè)實(shí)驗艙，每個(gè)艙段都是20噸級。核心艙有5個(gè)對接口，可以對接一艘貨運飛船、兩艘載人飛船和兩個(gè)實(shí)驗艙，另有一個(gè)供航天員出艙活動(dòng)的出艙口。也就是說(shuō)，空間站運營(yíng)期間，最多時(shí)整個(gè)系統加起來(lái)將達90多噸。
要搭建這么巨大的空間站，天宮二號的角色就顯得極為重要了，其實(shí)驗的機械臂操作技術(shù)將在這時(shí)候派上大用場(chǎng)。天舟貨運飛船把不同的載荷包括小型艙段運輸上太空后，航天員和機械臂要互相配合將其裝配到空間站上。正如中國載人航天工程總設計師周建平所說(shuō)：“一名航天員在艙內操作機械臂，一名航天員在艙外太空行走。無(wú)論是艙段轉位、大設備的移動(dòng)，還是航天員自身的移動(dòng)，都可以通過(guò)機械臂完成。”只有演練好人機配合，中國空間站未來(lái)的建造和維修才成為可能。
“空間站的神圣使命是成為太空中的中國國家實(shí)驗室，支持科學(xué)家從事前沿科學(xué)探索、空間技術(shù)研究和空間資源的開(kāi)發(fā)和利用。最終目的是為全人類(lèi)造福。”周建平說(shuō)，可以預計的是，在空間站里，涉及空間科學(xué)和應用的大部分研究都可以進(jìn)行，另外像空間天文、空間物理和空間環(huán)境研究以及從太空對地球觀(guān)測，對地球系統進(jìn)行研究等也都成為了可能。
此外，我國還將發(fā)射一個(gè)單獨的光學(xué)艙，它的功能類(lèi)似“哈勃”太空望遠鏡，但視場(chǎng)是哈勃的300倍，能拍攝到40%左右的宇宙空間，這將是中國人的“宇宙之眼”。光學(xué)艙將與空間站保持一定距離進(jìn)行共軌飛行，需要補加推進(jìn)劑或維護升級時(shí)，與空間站交會(huì )對接，由航天員操作。
中國愿意開(kāi)展太空國際合作
“中國一直本著(zhù)和平開(kāi)發(fā)利用太空的原則，歡迎并致力于國際合作。”正如周建平所介紹的，天宮二號搭載中瑞聯(lián)合研制的伽馬暴探測設備就是中歐科學(xué)家合作研究宇宙奧秘的例證。
其實(shí)，我們依然記得，國際空間站上世紀90年代開(kāi)始實(shí)施時(shí)，由于美國的反對，中國沒(méi)有成為國際空間站的啟動(dòng)方。有媒體猜測，國際空間站將在2020 年完成歷史使命并退役，屆時(shí)中國的空間站可能將成為唯一的一個(gè)在軌運行的太空空間站。
或許是出于資金風(fēng)險的現實(shí)考慮，一些美國媒體已經(jīng)在開(kāi)始反思當初阻攔中國一起建造人類(lèi)有史以來(lái)最大、最酷的一個(gè)“樹(shù)上小屋”（國際空間站）的愚蠢心理，并敦促美國宇航局和中國航天局進(jìn)行合作。
不過(guò)，俄羅斯和歐洲顯然沒(méi)有美國那么矜持。此前，中國載人航天工程辦公室已經(jīng)分別與俄羅斯聯(lián)邦航天署和歐洲航天局就科學(xué)家進(jìn)入中國空間站達成協(xié)議。
現在的問(wèn)題是，除了乘坐中國的神舟飛船，這些科學(xué)家能否乘坐其它國家的飛船對接中國空間站呢？因為此前的太空合作計劃中并沒(méi)有中國的名字。
歐洲航天局局長(cháng)約翰-迪特里希·韋爾納在去年的一次記者招待會(huì )上表示，把中國等非傳統伙伴納入更大的人類(lèi)探索平臺舉措是務(wù)實(shí)的。因為只有讓中國參與制定對接機制的國際標準，來(lái)自不同國家的宇宙飛船才能在太空連接在一起。
對此，中國是持歡迎態(tài)度的。周建平說(shuō)：“我認為，我們可以做得更多。”事實(shí)上，中國也不是說(shuō)說(shuō)而已，空間站為大艙段對接預留的接口，不就是為開(kāi)展國際合作提供的一個(gè)可能嗎？(記者 彭訓文)
(責任編輯：張云文)
