“難忘5年前和家人守在電視機(jī)前等待你升空那一刻的激動(dòng)，難忘你和神舟八號(hào)、九號(hào)及十號(hào)的‘天神之吻’?！薄现?，中國(guó)載人航天工程辦公室宣布天宮一號(hào)(微博)目標(biāo)飛行器正式終止數(shù)據(jù)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(guó)這個(gè)已在軌工作1630天的空間站“先驅(qū)”。

“功成身退”的天宮一號(hào)值得紀(jì)念，今夏接力“上崗”的天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室則將開(kāi)創(chuàng)更多的“第一次”：乘載神舟十一號(hào)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(yàn)、激光通信試驗(yàn)等多項(xiàng)中國(guó)首創(chuàng)的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目。與此相應(yīng)，包括長(zhǎng)征七號(hào)/五號(hào)火箭、天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船等也將在今年發(fā)射。

在此基礎(chǔ)上，中國(guó)將在2020年前后建成永久性空間站，并在2022年全面運(yùn)行。有媒體此前發(fā)布消息稱(chēng)，國(guó)際空間站將在2020年退役，屆時(shí)中國(guó)空間站可能將成為唯一一個(gè)在軌運(yùn)行的太空空間站。當(dāng)年國(guó)際空間站項(xiàng)目將中國(guó)拒之門(mén)外，如今中國(guó)卻表示：“我們歡迎國(guó)際合作。”

天宮二號(hào)有啥新設(shè)備

接過(guò)天宮一號(hào)的接力棒，天宮二號(hào)目前已經(jīng)完成總裝，各系統(tǒng)正在緊張備戰(zhàn)，今年第三季度它將擇機(jī)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(hào)和天宮一號(hào)長(zhǎng)得差不多，“里子”變化卻很大。從中國(guó)航天科技集團(tuán)此前發(fā)布的消息來(lái)看，天宮二號(hào)較大的改進(jìn)是裝備更豪華、裝載量提高、內(nèi)部環(huán)境更好。值得一提的是，天宮二號(hào)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模塊化的，也就是說(shuō)它出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以快速更換和在軌維修，這在國(guó)內(nèi)空間領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。

其中一個(gè)新安裝的設(shè)備是機(jī)械臂，將測(cè)試開(kāi)展艙外搬運(yùn)和維修。這個(gè)機(jī)械臂由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院自主研發(fā)。這種設(shè)備目前在國(guó)際空間站上已經(jīng)使用，但在我國(guó)航天領(lǐng)域仍處于試驗(yàn)階段。

空間機(jī)械臂是什么？中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院總體部空間機(jī)械臂系統(tǒng)研究所副所長(zhǎng)高升說(shuō)，通俗解釋就是一種典型的空間機(jī)器人，同大家熟悉的工業(yè)機(jī)械臂（機(jī)器人）一樣，它能用于空間站在軌組裝、在軌維修、貨物搬運(yùn)與轉(zhuǎn)移、輔助航天員出艙活動(dòng)等，是空間站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵裝備。

為了研制這條臂展超10米的“手臂”，我國(guó)科學(xué)家突破了16項(xiàng)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(xiàn)大范圍大負(fù)載操作以及局部精細(xì)化操作。

所謂“自主爬行”，我們可以理解成機(jī)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(jī)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(hào)上測(cè)試。

除了測(cè)試裝備，天宮二號(hào)還將在明年上半年驗(yàn)證與天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的對(duì)接和資源補(bǔ)給技術(shù)，這也是世界范圍內(nèi)的難題。而且，因?yàn)楹罄m(xù)要建造長(zhǎng)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(hào)還必須要實(shí)驗(yàn)突破補(bǔ)加技術(shù)。

天宮二號(hào)將做些啥實(shí)驗(yàn)

雖然天宮一號(hào)、天宮二號(hào)都屬于空間實(shí)驗(yàn)室，但后者更為正規(guī)，或者說(shuō)天宮二號(hào)才是真正意義上的空間實(shí)驗(yàn)室。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心高級(jí)顧問(wèn)、中國(guó)科學(xué)院院士顧逸東認(rèn)為，天宮一號(hào)開(kāi)創(chuàng)性地突破了交會(huì)對(duì)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(yàn)證，在天宮二號(hào)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(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。

需要說(shuō)明的是，天宮二號(hào)將成我國(guó)最忙碌的空間實(shí)驗(yàn)室，各類(lèi)計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)到了史無(wú)前例的14項(xiàng)，涉及微重力基礎(chǔ)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(xiàng)有駐留30天的航天員直接參與操作，一項(xiàng)為國(guó)際合作。這些項(xiàng)目中，大多是當(dāng)前世界最前沿的探索領(lǐng)域。

比如，天宮二號(hào)將搭載全球第一臺(tái)冷原子鐘進(jìn)入太空，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。利用太空微重力條件，這臺(tái)冷原子鐘的穩(wěn)定度將高達(dá)10的負(fù)16次方，可以將航天器自主守時(shí)精度提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，能大幅提高如北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。

比如，試驗(yàn)從太空分發(fā)量子密鑰。密鑰分發(fā)是實(shí)現(xiàn)“無(wú)條件”安全的量子通信的關(guān)鍵步驟。量子是微觀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(nèi)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(zhǎng)2000多公里的“京滬干線”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(yàn)衛(wèi)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(hào)可以扮演量子衛(wèi)星中轉(zhuǎn)的角色，實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)距離量子通信，讓信息在地面城市與太空構(gòu)筑的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“無(wú)條件”的安全傳輸。

此外，天宮二號(hào)還選擇了水稻和擬南芥，計(jì)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(yàn)；搭載中國(guó)科學(xué)院與瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)聯(lián)合研制的伽馬暴探測(cè)設(shè)備，測(cè)量宇宙的伽馬暴射線和散射狀態(tài)，從而研究揭示宇宙結(jié)構(gòu)、起源、演化等問(wèn)題。

中國(guó)空間站將是多面手

按照計(jì)劃，中國(guó)將在2018年發(fā)射三艙空間站也就是長(zhǎng)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(yùn)行?？臻g站的軌道高度為340-450公里，設(shè)計(jì)使用壽命為10年。隨著艙段的增加（最多會(huì)有6個(gè)艙段），航天員的數(shù)量可能從最初的3名增加到6名。

和天宮一號(hào)、天宮二號(hào)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(hào)、天宮二號(hào)名字叫空間實(shí)驗(yàn)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(tǒng)、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(yàn)艙，每個(gè)艙段都是20噸級(jí)。核心艙有5個(gè)對(duì)接口，可以對(duì)接一艘貨運(yùn)飛船、兩艘載人飛船和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yùn)營(yíng)期間，最多時(shí)整個(gè)系統(tǒng)加起來(lái)將達(dá)90多噸。

要搭建這么巨大的空間站，天宮二號(hào)的角色就顯得極為重要了，其實(shí)驗(yàn)的機(jī)械臂操作技術(shù)將在這時(shí)候派上大用場(chǎng)。天舟貨運(yùn)飛船把不同的載荷包括小型艙段運(yùn)輸上太空后，航天員和機(jī)械臂要互相配合將其裝配到空間站上。正如中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師周建平所說(shuō)：“一名航天員在艙內(nèi)操作機(jī)械臂，一名航天員在艙外太空行走。無(wú)論是艙段轉(zhuǎn)位、大設(shè)備的移動(dòng)，還是航天員自身的移動(dòng)，都可以通過(guò)機(jī)械臂完成?！敝挥醒菥毢萌藱C(jī)配合，中國(guó)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(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(yù)計(jì)的是，在空間站里，涉及空間科學(xué)和應(yīng)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(duì)地球觀測(cè)，對(duì)地球系統(tǒng)進(jìn)行研究等也都成為了可能。

此外，我國(guó)還將發(fā)射一個(gè)單獨(dú)的光學(xué)艙，它的功能類(lèi)似“哈勃”太空望遠(yuǎn)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(guó)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(bǔ)加推進(jìn)劑或維護(hù)升級(jí)時(shí)，與空間站交會(huì)對(duì)接，由航天員操作。

中國(guó)愿意開(kāi)展太空國(guó)際合作

“中國(guó)一直本著和平開(kāi)發(fā)利用太空的原則，歡迎并致力于國(guó)際合作?！闭缰芙ㄆ剿榻B的，天宮二號(hào)搭載中瑞聯(lián)合研制的伽馬暴探測(cè)設(shè)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(guó)際空間站上世紀(jì)90年代開(kāi)始實(shí)施時(shí)，由于美國(guó)的反對(duì)，中國(guó)沒(méi)有成為國(guó)際空間站的啟動(dòng)方。有媒體猜測(cè)，國(guó)際空間站將在2020 年完成歷史使命并退役，屆時(shí)中國(guó)的空間站可能將成為唯一的一個(gè)在軌運(yùn)行的太空空間站。

或許是出于資金風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)實(shí)考慮，一些美國(guó)媒體已經(jīng)在開(kāi)始反思當(dāng)初阻攔中國(guó)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(guó)際空間站）的愚蠢心理，并敦促美國(guó)宇航局和中國(guó)航天局進(jìn)行合作。

不過(guò)，俄羅斯和歐洲顯然沒(méi)有美國(guó)那么矜持。此前，中國(guó)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(guó)空間站達(dá)成協(xié)議。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，除了乘坐中國(guó)的神舟飛船，這些科學(xué)家能否乘坐其它國(guó)家的飛船對(duì)接中國(guó)空間站呢？因?yàn)榇饲暗奶蘸献饔?jì)劃中并沒(méi)有中國(guó)的名字。

歐洲航天局局長(zhǎng)約翰-迪特里?！ろf爾納在去年的一次記者招待會(huì)上表示，把中國(guó)等非傳統(tǒng)伙伴納入更大的人類(lèi)探索平臺(tái)舉措是務(wù)實(shí)的。因?yàn)橹挥凶屩袊?guó)參與制定對(duì)接機(jī)制的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)自不同國(guó)家的宇宙飛船才能在太空連接在一起。

對(duì)此，中國(guó)是持歡迎態(tài)度的。周建平說(shuō)：“我認(rèn)為，我們可以做得更多。”事實(shí)上，中國(guó)也不是說(shuō)說(shuō)而已，空間站為大艙段對(duì)接預(yù)留的接口，不就是為開(kāi)展國(guó)際合作提供的一個(gè)可能嗎？