中国空间站长什么样？用了哪些黑科技？

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原标题：中国空间站长什么样？用了哪些黑科技？

4月29日，随着长征五号B运载火箭将中国空间站天和核心舱顺利送入太空，中国空间站拉开建造大幕。

按照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，实现中国载人航天工程“三步走”发展战略“第三步”的任务目标。

长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱，在文昌航天发射场发射升空。史啸 摄

空间站以三舱为基本构型

未来中国空间站工程共由13个系统组成，中国航天科技集团参与了其中7个系统的研制工作。

记者从航天五院了解到，中国空间站以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型。

其中，核心舱作为空间站组合体控制和管理主份舱段，具备交会对接、转位与停泊、乘组长期驻留、航天员出舱、保障空间科学实验能力；问天和梦天实验舱均作为支持大规模舱内外空间科学实验和技术试验载荷支持舱段，同时问天实验舱还作为组合体控制和管理备份舱段，具备出舱活动能力，梦天实验舱具备载荷自动进出舱能力。

中国空间站三舱飞行器依次发射成功后，将在轨通过交会对接和转位，形成“T”构型组合体，长期在轨运行。组合体在轨运行寿命不小于10年，并可通过维修维护延长使用寿命。

中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰曾经说过一个非常形象的比喻：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。

4月29日，长征五号B运载火箭点火发射。

天和核心舱长度超过五层楼房的高度

天和核心舱是中国空间站的关键舱段，它就好比是大树的树干，其他的舱段都会安装在它的接口上。所以，天和核心舱有一个庞大的躯体和结实的身板。

据中国航天科技集团有限公司五院空间站核心舱结构分系统主任设计师施丽铭介绍，核心舱的体积非常大，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，体积比国际空间站的任何一个舱位都大，航天员入驻后，活动空间非常宽敞。

重量上，核心舱相当于三辆大客车的空重重量，同样也超过国际空间站的任何一个舱段。

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，支持长期在轨驻留，承接载人飞船和货运飞船的对接停靠。

航天员可以与地面视频通话

天和核心舱不仅外观阔大，舱内生活也会十分舒适。

据中国航天科技集团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，还有了太空跑台、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。舱内情景照明可由手机APP控制。

为了确保天和核心舱与地面通信的实时畅通，天和核心舱安装了航天科技集团五院研制的第三代中继终端产品。中继终端能通过中继卫星建立空间站与地面的通信链路，承担着航天员与地面语音、视频、电子邮件，科学实验数据下传以及整舱遥测传输的功能。核心舱发往地面的速率相当于地面 5G 通信速率的几十倍。

可以说，有了中继终端这个“太空伴侣”的陪伴，未来航天员在核心舱内将不再寂寞，与地面的双向视频通话、收发电子邮件都不在话下。

4月29日11时许，中国文昌航天发射场，我国近地轨道运载能力最大的火箭长征五号B遥二运载火箭托举着我国空间站天和核心舱一飞冲天，发射任务取得圆满成功。

释疑一

中国空间站与国际空间站有什么不同？

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台，是一个拥有现代化科研设备，可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室。它的规模大约有423吨，由美国、俄罗斯、加拿大、日本等16国联合，先后经历12年建造完成。

航天五院专家表示，中国空间站由一个核心舱和两个实验舱组成，在总体规模上不及国际空间站，这主要是在建设思路上按照符合中国国情，有所为、有所不为来考虑，综合当前需求和耗费等因素，不搞像国际空间站那么大规模的空间站，而是采用规模适度、留有发展空间的思路，既可以满足重大科学研究项目的需要，又同时具备扩展和支持来往飞行器对接的能力。

中国空间站由我国自主建造，实现了产品全部国产化，部组件全部国产化，原材料全部国产化，关键核心元器件100%自主可控。

细节方面，国际空间站的蓄电池初期采用氢镍蓄电池，后来又经历技术升级实现了锂电换氢镍的过程。而中国空间站从开始就将使用锂电技术，从技术研发基础上已并列国际水平。太阳电池翼作为中国空间站最大的舱外产品，其在轨具备的重复展收技术、整体更换技术、柔性电缆传输技术都已接近并超越国际空间站的太阳电池翼的技术体系。

释疑二

何为载人航天工程“三步走”战略？

空间站工程是载人航天工程“三步走”的第三步，天和核心舱则是第三步的首飞之战。上世纪90年代初，我国载人航天工程正式启动，国家采取了分步实施的战略，具体分为三步，第一步是载人飞船阶段，在此期间完成了载人飞船的研制，实现了航天员天地往返等目标。第二步是空间实验室阶段，在这一阶段，不仅掌握了出舱、交会对接技术，成功对航天员中期驻留太空进行了验证，还成功验证了推进剂在轨补加技术，完成了运送货物补给等任务。第三步是空间站建设阶段，我国将建造长期有人照料的空间站。

中国空间站任务又分为关键技术验证、组装建造和运营三个阶段，目前正处于关键技术验证阶段。在这个阶段，将发射天和核心舱和2艘载人飞船、2艘货运飞船，在轨验证7大关键技术：空间站推进剂补加、再生生保、柔性太阳电池翼和驱动机构、大型柔性组合体控制、组装建造、舱外操作、在轨维修，为实施空间站组装建造和长期运营任务奠定基础。

据中国航天科技集团五院空间站任务总指挥王翔介绍，作为人类历史上规模最大的航天器，空间站是一种在近地轨道长时间运行、可满足航天员长期在轨生活、工作以及地面航天员寻访的载人航天器，代表了当今航天领域最全面、最复杂、最先进和最综合的科学技术成果。“建成和运营近地载人空间站，将使我国成为独立掌握近地空间长期载人飞行技术，具备长期开展近地空间有人参与科学技术试验和综合开发利用太空资源能力的国家。”王翔说。

释疑三

中国空间站的工程目标是什么？

据航天科技集团五院专家介绍，中国空间站主要有五大工程目标。

一是建造并运营近地空间站，突破、掌握和发展大型复杂航天器的在轨组装与建造、长期安全可靠飞行、运营管理和维护技术，提升国家航天技术水平，带动相关领域和行业的科技进步，增强综合国力。

二是突破、掌握和发展近地空间长期载人航天飞行技术，解决近地轨道长期载人航天飞行的主要医学问题，实现航天员长期在轨健康生活和有效工作。

三是建成国家太空实验室。发展具有国际先进水平的空间科学与应用能力，开展多领域空间科学实验和技术试验、空间应用，以及科普教育，获取具有重大科学价值的研究成果和重大战略意义的应用成果。

四是开展国际（区域） 合作，为人类和平开发和利用空间资源做出积极贡献。

五是以在轨服务、地月和深空载人探测需求为牵引，试验和验证相关关键技术，为载人航天持续发展积累技术和经验。

保证待机15年，中国空间站用了哪些黑科技？

空间站天和核心舱发射圆满成功，中国空间站距离我们又近了一步。作为空间站的核心舱段，核心舱是空间站的主要控制节点，是未来空间站的指挥控制中心。

“问天”及“梦天”两个实验舱交会对接后，三者将形成T字型的天宫空间站。中国航天科技集团五院空间站系统副总设计师侯永青介绍，“中国空间站设计在轨飞行10年，具备延寿到15年的能力。我们从设计伊始就开展了长寿命、可靠性、维修性、安全性一体化设计。具体来讲，就是以系统和产品的长寿命和固有可靠性设计为基础，配合开展系统和产品在轨故障诊断、处置预案设计、维修性设计，以实现长寿命、可靠性的既定目标。”

舱门保护罩

舱外用保护罩为卷帘式结构，便于操作

空间站天和核心舱有多个大小不一、形状不一的舱门，当航天员在空间站舱间穿行或出舱时，舱门沿着舱门门轴旋转处于侧开状态，通过舱门过程中，存在对舱门门体密封圈剐蹭的风险，一旦密封圈受损，舱门密闭失效，就可能影响航天员的生存环境。为保护舱门门体密封圈不受剐蹭，航天科技集团五院专门研制了舱门保护罩。

舱门保护罩功能虽然单一，但针对空间站的使用高要求，具有操作简便、产品寿命长、使用次数多的特点。

根据舱内和舱外两种不同的操作环境，空间站核心舱分别研制了2种状态的舱门保护罩，包括舱内用舱门保护罩和舱外用可展收舱门保护罩。为了便于航天员操作，舱内用舱门保护罩为罩盖式结构，就像落地电风扇防尘罩，使用时只需要航天员将舱门保护罩口部撑开套在舱门上即可；舱外用舱门保护罩为卷帘式结构，使用时航天员只需“抓”“套”“拉”几个简单的操作步骤即可完成。

太阳电池翼

收拢后只有一本书的厚度

天和核心舱首次采用了大面积可展收柔性太阳翼，其双翼展开面积可达134平方米。这是我国首次采用柔性太阳翼作为航天器的能量来源。

与传统刚性、半刚性的太阳电池翼相比，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，同时，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。

核心舱作为我国寿命设计要求最长的一个飞行器，对所有产品的长寿命提出了最高要求。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℃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。航天科技集团八院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，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看似是一根简单的钢丝绳，但其实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。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。

空间机械臂

六维力传感器打破国外垄断

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。由中国航天科技集团有限公司四院44所自主为机械臂研制了3款传感器。

其中，六维力传感器是三款传感器中结构最为复杂、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。

这三款传感器产品是航天四院44所历时10年打造出的，具备体积小、质量轻、空间环境适应性强、精度及可靠性高、可在轨稳定运行15年以上等特点，特别是六维力传感器作为国内首款、目前唯一一款自主研制的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。

太空厨房

可定量分配常温水和热水，滤除银离子

在太空中，航天员的身体健康状况尤为重要。在核心舱上，安装了很多监测航天员身体状况的医学监测设备。这些产品都是由航天科技集团九院771所负责研制生产。

例如，常规医监设备可以为航天员在长期飞行中的生理健康状态和功能提供全面有效的医学监督和保障；无线生理信号检测装置负责监测航天员心电、呼吸、体温；睡眠监护仪能够采集航天员睡眠时产生的多路生理信号，为航天员睡眠质量做定期评价提供数据；采集航天员常规心电、运动心电、动态心电、抢救心电的12导同步心电信号的动态心电监测仪；无创血液动力学监护仪能够实现对航天员一导心电和二导脉搏的无创监测，协助完成航天员的脉搏量、心排量、外周血管阻力等各项血液动力学参数的健康监督。

此外，为方便航天员长期飞行中的饮食需求，771所提供了多种太空厨房食品设备。热风加热装置可将航天食品在规定时间内加热到适合在轨食用的温度；微波加热装置则用于加热非金属包装类的食品和饮用水等；饮水分配器除了加热日常饮用水，还能定量分配常温水和热水，滤除水中的银离子，保证航天员健康饮水。

送空间站核心舱“天和”入轨的，为何是“胖五”B火箭？

4月29日，长征五号B运载火箭冲入云霄。

出身：为空间站建设而生

长征五号B火箭是专门为我国载人航天工程空间站建设而研制的一型新型运载火箭，于2020年5月5日成功首飞。长征五号B遥二火箭发射空间站核心舱，是长征五号B火箭的首次应用性发射。

据航天科技集团一院长征五号系列火箭总指挥王珏介绍，长五B火箭是我国首型“一级半”火箭，是目前近地轨道运载能力最大的运载火箭，代表了我国运载火箭技术的最高水平，近地轨道运载能力不低于22吨，是个不折不扣的“大力士”。

长征二号F运载火箭系统、长征七号运载火箭系统以及长征五号B运载火箭系统，均由中国航天科技集团研制，是目前载人航天工程中的三大运载火箭系统。

长征五号B运载火箭主要完成载人空间站核心舱及两个实验舱的发射任务；长征七号运载火箭主要用于发射天舟货运飞船，为空间站和航天员运送物资；长征二号F运载火箭主要负责将航天员乘坐的神舟飞船送往空间站。据悉，空间站各舱段和货运飞船将在中国文昌航天发射场发射，神舟载人飞船将在中国酒泉卫星发射中心发射。

外观：“膀阔腰圆”，超长整流罩

长五B芯级采用5米直径，捆绑4个3.35米直径的助推器，全箭总长约53.66米，起飞质量约849吨，起飞推力约1068吨，近地轨道运载能力25吨级。

从外观上看，长五B的个子比长五矮一点，但是“头部”比长五要大了许多，因为有一个特别大的整流罩。

长五B整流罩长20.5米，直径5.2米，有6层楼那么高，是迄今为止我国最大的火箭整流罩。整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形，可以更好地减小空气阻力，减轻载荷影响，分离也更安全可靠。

这是为了发射载人航天工程空间站核心舱和实验舱而专门设计的，可以说是“私人定制”。巨大的整流罩能很好地保护核心舱，让它在飞行过程中像“坐沙发”一样舒服。

整流罩由端头、冯卡门锥段、组合前柱段、后柱段和转接框组成，整流罩的可靠分离成为摆在研制人员面前的一关。研制人员开展了分多次仿真分析、分离试验，采用弹性整流罩分离仿真技术、大型整流罩地面分离试验技术，解决了这个难题。另外，整流罩部位的气动加热作用也更明显，特别是安装在整流罩附近的火工品所处的环境也更热了，对火工品提出新的考验，为此专门开展了相关分析研究和试验工作。

“神技”：一级半直接入轨

长征五号B火箭由航天一院抓总研制，采用一级半构型，是目前世界在役火箭中唯一一款一级半直接入轨的火箭。火箭系统简洁，所有发动机的点火都在地面完成，也无需进行级间分离、高空发动机启动等动作，降低了故障发生的概率，可靠性提升。

要实现一级半入轨，对火箭的发动机是个考验。长征五号B火箭助推器配置液氧煤油发动机，一级火箭配置氢氧发动机。前者具有推力大的特点，让火箭点火后获得较大的加速度，后者具有高比冲的优势，可以为火箭提供高效的速度增量。

“氢氧和液氧煤油两种发动机组合形成的‘基因’，决定了能够构造出一级半直接入轨的火箭，而且火箭的固有可靠性天生就高。”长征五号B火箭总体副主任设计师李平岐说。

长五B火箭特有的“大推力直接入轨精度控制”，则对箭上控制系统提出新挑战。“就好比一辆正在行驶的汽车，当它速度很慢时，踩一脚刹车就能很容易停到指定位置，然而当它速度很快时，这就变得很难。”12所长五B火箭姿控系统副主任设计师张宇说，“更何况长五B火箭采用两台大推力氢氧发动机直接送载荷入轨，没有单独的调姿和末速修正系统，如果再采用传统的姿态控制方式很难达到精度要求。”

突破：“零窗口”发射，为交会对接赢得1分钟

空间站核心舱到位后，实验舱Ⅰ和试验舱Ⅱ要与核心舱通过交会对接，在轨进行组装。交会对接就好比在太空“穿针引线”，失之毫厘谬以千里，一旦出现偏差，空间站舱段就要消耗燃料来变轨，满足对接要求，造成能力损失。

长征五号B火箭是低温火箭，面临着低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程，实施“零窗口”发射相比常温火箭难度大得多。

李平岐说，为解决这个问题，研制团队对箭上控制系统迭代制导方案进行了优化改进，实现了起飞时间与预定时间的误差不超过±1分钟时，火箭可以在飞行过程中修正偏差，将空间站轨道舱精准送入原定目标位置。

也就是说，只要在这两分钟里点火起飞，火箭到达的都是唯一的终点，助力空间站舱段在太空中实现顺利“牵手”。

对比：比长五少一个二级，变轻飞更快

长五B是一个一级半火箭，比长五要少一个二级，但是从研制难度上看，长五B这种一级半构型的火箭，在我们国家尚属首次，将一级火箭作为末级使用，不增加姿态调整和速度修正，直接将有效载荷送入轨道。长征五号B与长征五号相比，变“轻”了，火箭飞得更“快”，飞行时的过载也变大了。

记者从航天一院了解到，长征五号运载火箭与长征五号B运载火箭同属长征五号火箭系列，两型火箭共享了5米大直径箭体结构研制、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大型活动发射平台技术、系统级冗余控制技术等关键技术，但两型火箭在设计、用途等方面存在很多不同。

从构型上看，长征五号运载火箭采用两级半构型，由芯一级+助推器+芯二级+星罩组合体组成；长征五号B运载火箭采用一级半构型，由芯一级+助推器+星罩组合体组成。

从外观上看，长征五号B运载火箭与长征五号运载火箭的最大区别在于整流罩，长征五号运载火箭的整流罩长度大约12.3米，而长征五号B火箭的整流罩长度达到了20.5米，是我国目前最大的火箭整流罩。

从用途上看，长征五号运载火箭一般用于发射高轨道的大型卫星以及各类深空探测器，例如实践二十号卫星、嫦娥五号月球探测器、火星探测器等；长征五号B运载火箭主要用于发射近地轨道的大型卫星及飞船，例如载人空间站的核心舱和实验舱等。

从运载能力上看，长征五号火箭地球同步转移轨道运载能力约为14吨，长征五号B火箭近地轨道运载能力约为25吨级。

来源：新京报

图片来源：拍客

编辑：IPRdaily王颖          校对：IPRdaily纵横君

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