中國(guó)空間站模擬構(gòu)型圖。

空間輻射生物學(xué)裝置安裝在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙暴露平臺(tái)。圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室

從“圓夢(mèng)乘組”出艙、返回，到“博士乘組”亮相、進(jìn)駐；從第二屆“天宮畫(huà)展”除夕上新，到一系列在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)順利進(jìn)行……半年多來(lái)，進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營(yíng)模式的中國(guó)空間站，留下了許多高光時(shí)刻。

近日，中國(guó)載人航天工程辦公室發(fā)布了2023中國(guó)載人航天年中“成績(jī)單”，28項(xiàng)內(nèi)容串聯(lián)起了中國(guó)載人航天半年來(lái)的精彩故事。

電推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)首秀

在這份“成績(jī)單”中，最近的一項(xiàng)任務(wù)是空間站電推氣瓶出艙安裝。在天地協(xié)同配合下，首次采用“換氣”而非“補(bǔ)氣”的方式完成電推進(jìn)劑補(bǔ)加，對(duì)空間站長(zhǎng)期軌道維持和安全平穩(wěn)飛行起到重要作用。

據(jù)了解，電推進(jìn)系統(tǒng)的工作原理是先將氙氣等惰性氣體轉(zhuǎn)化為帶電離子，再把這些離子加速、噴出以產(chǎn)生推進(jìn)力，從而完成航天器的姿態(tài)控制、軌道修正和軌道維持等任務(wù)。天宮空間站的電推進(jìn)系統(tǒng)是這一系統(tǒng)在載人航天領(lǐng)域的首秀。安裝在艙外的大氣瓶就像是空間站的“外掛”，其攜帶的推進(jìn)劑可以支持電推力器長(zhǎng)時(shí)間的軌道維持工作。

值得一提的是，此次安裝任務(wù)是由航天員和空間站機(jī)械臂協(xié)同完成的。大氣瓶首先由航天員進(jìn)行艙內(nèi)組裝、自檢及測(cè)試，通過(guò)自動(dòng)出艙裝置送至艙外，隨后艙外機(jī)械臂抓取并將其轉(zhuǎn)移、對(duì)接到安裝位。

為了實(shí)現(xiàn)貯氣模塊的在軌安裝，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出了一種簡(jiǎn)化版的浮動(dòng)對(duì)接形式，極大提高了對(duì)接的容差能力和可靠性，即便在軌多次拆裝也能保證精度、滿足要求。得益于統(tǒng)一的接口設(shè)計(jì)，空間站外可以安裝不同容積、不同工作壓力的氣瓶，工質(zhì)也不限于已有系統(tǒng)的氙氣，并可根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況上行不同工質(zhì)推進(jìn)劑。

正常情況下，在大氣瓶?jī)?nèi)的推進(jìn)劑耗盡后，機(jī)械臂會(huì)自動(dòng)進(jìn)行在軌更換，同時(shí)也支持航天員手動(dòng)更換氣瓶，保證“兼容”，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑替換簡(jiǎn)單、高效、可靠的目標(biāo)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)穩(wěn)步推進(jìn)

安裝電推氣瓶是神舟十六號(hào)乘組的在軌工作任務(wù)之一。自5月30日進(jìn)駐中國(guó)空間站以來(lái)，“博士乘組”航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮共同協(xié)作，高頻次、高效率地開(kāi)展了載荷出艙、設(shè)備測(cè)試、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施、艙段檢查維護(hù)等工作。

“成績(jī)單”顯示，6月9日至10日，神舟十六號(hào)乘組完成了夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙空間輻射生物學(xué)暴露實(shí)驗(yàn)裝置出艙工作，這是我國(guó)首次開(kāi)展艙外輻射生物學(xué)暴露實(shí)驗(yàn)。航天員近日在天和核心艙內(nèi)開(kāi)展了細(xì)胞學(xué)研究樣本回收工作，包括回收取樣液袋、細(xì)胞培養(yǎng)板回收、樣本轉(zhuǎn)移等步驟。此外，航天員還進(jìn)行了應(yīng)急呼吸裝置在軌測(cè)試，該裝置是專為航天員設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)壓力應(yīng)急條件下的特殊情況。

今年，隨著國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室搭建完成，中國(guó)空間科學(xué)研究和宇宙空間探索進(jìn)入嶄新階段。半年來(lái)，航天員在軌開(kāi)展了多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)。

今年3月，在地面科研人員和航天員協(xié)同配合下，神舟十五號(hào)乘組完成了燃燒科學(xué)柜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)首次點(diǎn)火測(cè)試，點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)采用甲烷作為燃料，高速相機(jī)清晰地拍下了整個(gè)點(diǎn)火和燃燒過(guò)程，為后續(xù)項(xiàng)目順利實(shí)施打下良好基礎(chǔ)。

此外，空間站雙光子顯微鏡項(xiàng)目開(kāi)展了在軌實(shí)驗(yàn)并取得成功，首次在航天飛行過(guò)程中獲取航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像；空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗(yàn)裝置順利完成在軌試驗(yàn)，熱電轉(zhuǎn)換效率等綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

今年5月，經(jīng)過(guò)為期5個(gè)多月的在軌觀測(cè)試驗(yàn)，中國(guó)首次成功實(shí)現(xiàn)在軌對(duì)導(dǎo)電環(huán)磨屑產(chǎn)生過(guò)程和團(tuán)簇現(xiàn)象的觀測(cè)。與此同時(shí)，空間站航天技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域也完成我國(guó)首次液態(tài)金屬熱管理在軌試驗(yàn)，取得系列關(guān)鍵技術(shù)成果。

在后續(xù)的空間站任務(wù)中，神舟十六號(hào)乘組還將按計(jì)劃開(kāi)展多領(lǐng)域大規(guī)模在軌實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)，有望在新奇量子現(xiàn)象研究、高精度空間時(shí)頻系統(tǒng)、廣義相對(duì)論驗(yàn)證以及生命起源研究等方面產(chǎn)出高水平科學(xué)成果。同時(shí)，航天員將繼續(xù)開(kāi)展天宮課堂太空授課活動(dòng)，讓載人航天走進(jìn)中小學(xué)生課堂。

空間站構(gòu)形多次變化

今年5月10日，天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船成功升空。6月6日，先期撤離的天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船獨(dú)立在軌飛行33天之后，完成了與空間站組合體的再次交會(huì)對(duì)接。目前，天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙和神舟十六號(hào)載人飛船、天舟五號(hào)及天舟六號(hào)貨運(yùn)飛船組成了空間站“三艙三船”的全新構(gòu)型。

幾個(gè)月后，中國(guó)空間站的構(gòu)型將產(chǎn)生新的變化。神舟十七號(hào)載人飛船升空前，天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船將會(huì)再次從空間站撤離，再入大氣層完成燒蝕銷毀。

今年，空間站工程進(jìn)入應(yīng)用與發(fā)展階段，空間站轉(zhuǎn)入常態(tài)化運(yùn)營(yíng)模式。按照此前公布的任務(wù)規(guī)劃，神舟十六號(hào)和神舟十七號(hào)乘組將在今年下半年完成在軌交接。

據(jù)專家介紹，中國(guó)空間站的真正構(gòu)型共有53種。為進(jìn)一步支持在軌科學(xué)實(shí)驗(yàn)、為航天員的工作和生活創(chuàng)造更好的條件，中國(guó)還將適時(shí)發(fā)射擴(kuò)展艙段，將空間站基本構(gòu)型由“T”字型升級(jí)為“十”字型。

中國(guó)工程院院士、航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊宏在展望空間站未來(lái)發(fā)展時(shí)表示，中國(guó)空間站組合體將成為“太空母港”，包括巡天空間望遠(yuǎn)鏡在內(nèi)的航天器可進(jìn)行伴飛。當(dāng)需要維修和燃料補(bǔ)給時(shí)，航天器可自主對(duì)接空間站。