科学家介绍中国天宫空间站的设计和应用前景

汪雨甘捍

天宫空间站配置图。信用:空间:科学与技术

据北京理工大学出版社有限公司：中国的载人航天工程是在1992年批准的，有一个三步走的战略计划，建造空间站是这个计划的最终目标。

2010年9月，中国载人空间站工程正式立项。2021年4月29日，天和核心舱在海南文昌飞船发射场由长征五号乙运载火箭成功发射进入预定轨道。

按照计划，通过11次发射和在轨任务，中国完成了组装并开始空间站的正式运行。随着天宫空间站的建成和运行，中国将成为继苏联和美国之后第三个能够独立建造和运行空间站的国家。

中国空间技术研究院航天器系统工程研究所的专家在《空间:科学与技术》杂志上发表的一篇研究论文中，介绍了天宫空间站的设计，总结了天宫空间站的技术特点，并讨论了空间站的未来应用和发展。

首先，介绍了天宫空间站的总体方案设计。总体而言，天宫空间站呈T形结构，天和核心模块位于中间，两个实验模块，即问天和蒙恬，分别组装在两侧。



天和核心模块配置图。信用:空间:科学与技术



问天实验模块配置图。信用:空间:科学与技术

天和核心舱由三部分组成:节点舱、生命控制舱和资源舱。它的轴向总长度为16.6米，最大直径为4.2米。文天实验舱由三部分组成:工作舱、气闸舱和资源舱。它的轴向长度为17.9米，最大直径为4.2米

此外，一个小型机械臂、一个实验平台和一个桁架结构布置在模块外部。蒙恬实验舱由四部分组成:工作舱、货物气闸舱、负载舱和资源舱。它的轴向长度为17.9米，最大直径为4.2米

两个用于暴露有效载荷的可展开平台安装在载荷舱外面，发射后在轨道上展开。此外，天宫空间站有三个对接舱口:前向(主要用于与载人飞船和巡天太空望远镜对接)，后向(主要用于与货运飞船对接)，径向(主要用于与载人飞船对接)。

在系统功能设计方面，控制和推进系统包括控制力矩陀螺、反作用控制系统、推进剂加注系统和霍尔电推进系统。能源系统配备了大面积的柔性太阳能电池阵列。载人环境系统拥有完整的再生和非再生生命保障系统。

机械臂是大型七自由度机械臂和小型七自由度机械臂，具有丰富的视觉测量、关节扭矩和末端执行器力传感器。舱外活动由天和核心舱的节点舱和文天实验舱的气闸舱支持。船员住所提供不小于110 m3的活动空间。

作者随后总结了先进性的技术特征。总的来说，天宫空间站的技术特点主要体现在四个方面:

先进的设计理念

中国对天宫空间站采用统一的设计框架和技术系统，在此框架下，所有三个模块的GNC、能源、信息、热控和载人环境系统将相互连接，共同工作。此外，空间站有效地整合了模块间资源，从而提高了其整体能力和系统可靠性。

新技术的高比例

空间机械臂、物理化学再生式生命保障、这个空间站的大面积柔性太阳帆板，都是我国首次在轨应用的全新技术，应用难度和开发风险都很高。此外，天宫空间站体现了设备和系统层面的高度智能。

极佳的性价比

根据中国的国情和建设成本和应用效益的实际需要，相对于国际空间站和和平号空间站，天宫空间站的规模适中。此外，由于建设和运营更加经济合理，它在发电效率、应用支持能力、建设方式、补给需求等方面都具有优势。

安全高效的住宅

天宫空间站的设计符合以人为本的理念。该设计不仅确保了乘员在轨的安全性和舒适性，还注重支持乘员智能的有效发挥。