天宮二號 航天科技集團五院供圖

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

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

維修像插拔U盤一樣便捷

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

如今，這樣的場景將在天宮二號上真實上演。

根據(jù)五院天宮二號總設(shè)計師朱樅鵬的介紹，五院科研人員通過合并同類項的理念，對天宮二號的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計，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，在地面的模擬試驗中，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)”，往往采用機械觸點的繼電器開關(guān)，一旦機械觸點“開關(guān)”發(fā)生故障，將對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，都會有一個不起眼的電源控制箱，當(dāng)家里某個電器發(fā)生短路時，里面的開關(guān)就會自動跳閘進行保護。電源控制箱的一個主要功能就是供電開關(guān)，而天宮二號的配電“管家”不僅能夠像普通的供電開關(guān)那樣供上電，還能在故障時切斷電，在故障修好后又自動能恢復(fù)供電。

當(dāng)然，在試驗室里，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，編制出一份量化到步、圖文并茂的操作手冊，為宇航員開展在軌維修試驗提供“看得見”的方便。

“固若金湯”：做漏氣緩慢的籃球

天宮二號是一個外部真空、內(nèi)部有1個大氣壓的結(jié)構(gòu)。要評價它的安全性，其中一個重要指標(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漏氣，只是，好的產(chǎn)品和設(shè)計可以讓漏氣非常緩慢。

根據(jù)五院總體部專家的說法，天宮二號的結(jié)構(gòu)，從整體上來看是一個金屬制成的結(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)計等等。最終，他們打贏了這一仗，這也讓天宮一號在軌兩年的安全運行，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計一張閃亮的“名片”。

不過，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并未就此停止腳步——這個“太空實驗室”自身安全還不夠，空間碎片、太空垃圾隨時都可能是威脅。有沒有可能在空間碎片撞擊大開間的時候，及時發(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)，來實現(xiàn)對撞擊的感知。

據(jù)五院總體部專家透露，這套“神經(jīng)系統(tǒng)”，將有望在不遠的未來得以應(yīng)用，擴展結(jié)構(gòu)功能，實現(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，天宮二號擔(dān)負著驗證未來我國空間站技術(shù)的重任，因此，在軌道設(shè)計上，天宮二號選擇了距離地球393公里的軌道，這也是未來我國空間站運行的軌道高度。

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

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

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

朱樅鵬說，天宮二號沒有了“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。

事實上，用“研制不止、試驗檢驗不停”來形容“太空之家”的誕生并不為過——在天宮二號和神舟十一號研制過程中，五院科研人員考慮到“太空之家”中長期在軌、在軌加注等任務(wù)的特點，專門推出了連續(xù)100小時模擬飛行試驗、航天員中期駐留地面1：1試驗等各種試驗，在整船累計電測時間上，更是突破了1500小時，刷新了天宮一號創(chuàng)造的紀錄。

箭指蒼穹、探索宇宙的征途上從來都不會一帆風(fēng)順，總是遍布荊棘和坎坷，甚至?xí)庥鍪?。俄羅斯聯(lián)盟號、美國挑戰(zhàn)者號都是慘痛的教訓(xùn)。

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