天宮二號(hào) 航天科技集團(tuán)五院供圖

9月15日晚22時(shí)許，在長(zhǎng)征火箭的托舉下，天宮二號(hào)來到了廣袤蒼涼的太空，接替它的“大姐”——天宮一號(hào)(微博)，開始守望神州大地。

這次天宮二號(hào)不僅是航天員的“太空家園”，還作為我國第一個(gè)完全意義上的空間實(shí)驗(yàn)室，肩負(fù)著許多航天新技術(shù)、新產(chǎn)品的驗(yàn)證工作，那么它究竟有哪些可圈可點(diǎn)之處？中國青年報(bào)·中青在線記者采訪天宮二號(hào)的抓總研制單位航天科技集團(tuán)第五研究院(以下稱五院)相關(guān)專家進(jìn)行盤點(diǎn)。

維修像插拔U盤一樣便捷

便捷維修，是天宮二號(hào)的一大殺手锏?？苹秒娪袄?，當(dāng)一套大型設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，科研人員可以像插拔U盤一樣，快捷地拔下?lián)p害的部件，插上一個(gè)新部件，然后，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

如今，這樣的場(chǎng)景將在天宮二號(hào)上真實(shí)上演。

根據(jù)五院天宮二號(hào)總設(shè)計(jì)師朱樅鵬的介紹，五院科研人員通過合并同類項(xiàng)的理念，對(duì)天宮二號(hào)的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計(jì)，打造出了可快速更換的模塊單元。

拿智能配電單元來說，五院的科研人員就滿足了產(chǎn)品長(zhǎng)壽命、高可靠、操作方便等要求，在我國航天器上首次采用了“插拔式”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在地面的模擬試驗(yàn)中，科研人員只需用幾分鐘就能完成一次維修更換。

這就是由該院529廠研制的配電“管家”。眾所周知，航天器電源系統(tǒng)的可靠性及安全性，一直是航天器系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一，而傳統(tǒng)的航天器電源系統(tǒng)核心部件“開關(guān)”，往往采用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器開關(guān)，一旦機(jī)械觸點(diǎn)“開關(guān)”發(fā)生故障，將對(duì)航天器的性能及可靠性產(chǎn)生重大影響。

在普通民眾住宅的墻上，都會(huì)有一個(gè)不起眼的電源控制箱，當(dāng)家里某個(gè)電器發(fā)生短路時(shí)，里面的開關(guān)就會(huì)自動(dòng)跳閘進(jìn)行保護(hù)。電源控制箱的一個(gè)主要功能就是供電開關(guān)，而天宮二號(hào)的配電“管家”不僅能夠像普通的供電開關(guān)那樣供上電，還能在故障時(shí)切斷電，在故障修好后又自動(dòng)能恢復(fù)供電。

當(dāng)然，在試驗(yàn)室里，科研人員可以只用幾分鐘就能完成一次維修更換，但上了天，一切可能會(huì)顯得不一樣。為了確保航天員在太空環(huán)境能夠熟練地操作，這些科研人員還通過多次模擬試驗(yàn)，編制出一份量化到步、圖文并茂的操作手冊(cè)，為宇航員開展在軌維修試驗(yàn)提供“看得見”的方便。

“固若金湯”：做漏氣緩慢的籃球

天宮二號(hào)是一個(gè)外部真空、內(nèi)部有1個(gè)大氣壓的結(jié)構(gòu)。要評(píng)價(jià)它的安全性，其中一個(gè)重要指標(biāo)就在于，在未來兩年的在軌飛行過程中，“漏氣量要非常小”。就如同再好的籃球早晚也會(huì)漏氣，只是，好的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)可以讓漏氣非常緩慢。

根據(jù)五院總體部專家的說法，天宮二號(hào)的結(jié)構(gòu)，從整體上來看是一個(gè)金屬制成的結(jié)構(gòu)，但由于其內(nèi)部包括觀察舷窗、開關(guān)艙門等容易漏氣的部件，“密封”成了一個(gè)必須要解決的問題。

這其中最為關(guān)鍵的是密封圈，一般的密封圈都存在老化問題，更何況太空中溫度變化更加激烈。五院總體部的科研人員就從配方開始研究，再到密封圈的結(jié)構(gòu)形式，密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等。最終，他們打贏了這一仗，這也讓天宮一號(hào)在軌兩年的安全運(yùn)行，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一張閃亮的“名片”。

不過，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員并未就此停止腳步——這個(gè)“太空實(shí)驗(yàn)室”自身安全還不夠，空間碎片、太空垃圾隨時(shí)都可能是威脅。有沒有可能在空間碎片撞擊大開間的時(shí)候，及時(shí)發(fā)現(xiàn)感知并定位其所在的位置？

靈感最終出自人類自己——人類本身就是很好的感知系統(tǒng)，通過神經(jīng)系統(tǒng)來及時(shí)發(fā)現(xiàn)外部刺激。這些科研人員開始考慮：在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上能否增加一套神經(jīng)系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)撞擊的感知。

據(jù)五院總體部專家透露，這套“神經(jīng)系統(tǒng)”，將有望在不遠(yuǎn)的未來得以應(yīng)用，擴(kuò)展結(jié)構(gòu)功能，實(shí)現(xiàn)更為安全的太空居室。

只攜半箱“油”升空，邊飛邊“加油”

根據(jù)朱樅鵬的說法，天宮二號(hào)擔(dān)負(fù)著驗(yàn)證未來我國空間站技術(shù)的重任，因此，在軌道設(shè)計(jì)上，天宮二號(hào)選擇了距離地球393公里的軌道，這也是未來我國空間站運(yùn)行的軌道高度。

相比之前載人航天任務(wù)的軌道，這個(gè)軌道足足高出了50公里。不過，天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)未來要組成的“太空之家”，仍屬于低軌道航天器，它運(yùn)行在距離地球400公里不到的太空，這一位置，仍會(huì)有稀薄的大氣。

根據(jù)專家的說法，受大氣阻力影響，航天器運(yùn)行速度會(huì)不斷下降，并導(dǎo)致軌道高度不斷下降，為了維持相對(duì)穩(wěn)定的軌道高度，需要航天器不斷消耗所攜帶的推進(jìn)劑。

于是，天宮一號(hào)發(fā)射前，“油箱”會(huì)加得滿滿的。其攜帶的推進(jìn)劑足有一噸多。不過，如今的天宮二號(hào)，卻只加了半箱“油”。這要多虧了科研人員所研制的在軌補(bǔ)加系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)天宮二號(hào)在太空邊飛行邊“加油”，這將極大地提高它的在軌運(yùn)行時(shí)間。

朱樅鵬說，天宮二號(hào)沒有了“糧草不足”的后顧之憂，節(jié)省的重量還可以攜帶更多的載荷產(chǎn)品和航天員的生活物資。

事實(shí)上，用“研制不止、試驗(yàn)檢驗(yàn)不?！眮硇稳荨疤罩摇钡恼Q生并不為過——在天宮二號(hào)和神舟十一號(hào)研制過程中，五院科研人員考慮到“太空之家”中長(zhǎng)期在軌、在軌加注等任務(wù)的特點(diǎn)，專門推出了連續(xù)100小時(shí)模擬飛行試驗(yàn)、航天員中期駐留地面1：1試驗(yàn)等各種試驗(yàn)，在整船累計(jì)電測(cè)時(shí)間上，更是突破了1500小時(shí)，刷新了天宮一號(hào)創(chuàng)造的紀(jì)錄。

箭指蒼穹、探索宇宙的征途上從來都不會(huì)一帆風(fēng)順，總是遍布荊棘和坎坷，甚至?xí)庥鍪?。俄羅斯聯(lián)盟號(hào)、美國挑戰(zhàn)者號(hào)都是慘痛的教訓(xùn)。

五院黨委書記趙小津也表示，盡管該院實(shí)施載人航天任務(wù)至今保持著100%的全勝戰(zhàn)績(jī)，可他們始終以“如履薄冰”的態(tài)度對(duì)待每次新任務(wù)，以“首飛、首戰(zhàn)”的標(biāo)準(zhǔn)和行動(dòng)來高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求開展各項(xiàng)工作，以打造讓自己、讓航天員、讓祖國和人民放心的航天器。