一橫一豎組成遨游太空的“T”字，積十多年苦功，中國天宮空間站建成了，鑄就了中國載人航天工程和世界史上的一座豐碑。作為中國空間站建設的一分子，我以參與中國“天宮”建設為自己最大榮耀。

　　三步走，步步為營(yíng)

　　1992年9月，中央決策實(shí)施載人航天工程，并確定了中國載人航天“三步走”的發(fā)展戰略。第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開(kāi)展空間應用實(shí)驗。第二步，突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器交會(huì )對接技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問(wèn)題。第三步，建造空間站，解決有較大規模的、長(cháng)期有人照料的空間應用問(wèn)題。

　　第一步是最基礎的工作，目標是保證中國航天員能在太空生存，能安全返回。第二步主要是做突破性、驗證性工作，實(shí)現中國航天員出艙，具備在太空工作的能力。這兩步都是在為第三步做驗證和鋪墊，其中空間交會(huì )對接是至為關(guān)鍵的技術(shù)之一，空間站的組裝、建造和長(cháng)期飛行都要靠該技術(shù)來(lái)實(shí)現。

　　2003年，我進(jìn)入中國航天科技集團五院即航天五院工作，第一個(gè)從頭到尾參與的項目就是神舟八號，其核心目標是突破空間交會(huì )對接技術(shù)。按照規劃，先發(fā)射一艘無(wú)人飛船（神舟八號）來(lái)驗證無(wú)人空間交會(huì )對接技術(shù)，之后再實(shí)施兩艘載人飛船即神舟九號和神舟十號任務(wù)。這3艘飛船是主備份關(guān)系，即如果神舟八號沒(méi)有達到任務(wù)預期目標，就由神舟九號繼續驗證，神舟十號載人飛船則驗證有人空間交會(huì )對接技術(shù)。由于神舟八號順利完成了使命，神舟九號的任務(wù)被確定為驗證有人交會(huì )對接技術(shù)，神舟十號的任務(wù)則是實(shí)現首次應用性飛。

　　作為目標飛行器，天宮二號其實(shí)是天宮一號的備份，其最初就被命名為“天宮一備”，由于天宮一號任務(wù)圓滿(mǎn)成功，天宮二號的任務(wù)被確定為開(kāi)展航天員中期駐留、推進(jìn)劑在軌補加、在軌維修技術(shù)試驗等。

　　就這樣環(huán)環(huán)相扣，中國載人航天工程穩步前進(jìn)。

　　2010年9月，《載人空間站工程實(shí)施方案》獲批。之后歷時(shí)約12年，經(jīng)過(guò)空間實(shí)驗室任務(wù)和空間站任務(wù)兩個(gè)階段，中國“太空之家”在軌建成。

　　“T”字型，可以拓展

　　除在九天之上運行的天宮空間站之外，我們其實(shí)還有兩座“空間站”：一座是與天宮空間站1∶1鏡像的“數字空間站”，用于進(jìn)行仿真驗證和數字推演等；另一座是測試用的“電性空間站”，其軟硬件與在軌運行的“天宮”一模一樣，可以實(shí)現與在軌的航天員視頻連線(xiàn)并同步模擬系統工作與在軌活動(dòng)等。通過(guò)這兩座“空間站”，我們能夠實(shí)現天地協(xié)同。

　　為了保障可靠、安全、長(cháng)壽命運行，天宮空間站進(jìn)行了一些冗余備份設計，要指出的是，這些冗余備份是經(jīng)濟的，不會(huì )出現“死冗余”“呆冗余”。比如，在3艙組合后，冗余備份可以共用，充分體現了“1+1=1”設計理念。再比如，核心艙雖然在載荷支持功能方面不如實(shí)驗艙，但配置很高，僅控制系統的星敏感器就有4個(gè)，可以減少實(shí)驗艙上的星敏感器數量。

　　中國“天宮”是一個(gè)可更新、可開(kāi)放的系統，不僅能夠實(shí)現硬件設備的維修、更換和升級，而且其本身可以根據需要拓展。“T”字基本構型建成后，可以在前向對接新艙段，形成“十”字構型，新艙段上帶有節點(diǎn)艙，增加4個(gè)對接口和1個(gè)出艙口，既可以為巡天望遠鏡這一級別的航天器進(jìn)行補給、維護、服務(wù)保障，也可以對接艙段級的“大塊頭”科學(xué)載荷。將來(lái)，國外的飛船或艙段也可以與“天宮”對接，這將大幅提升國際空間合作的水平。

　　目前，我們正在開(kāi)展第四個(gè)艙段的方案論證和先期設計，將把更多精力用在為航天員提供更多活動(dòng)空間、增加人性化設計、提升用戶(hù)體驗上。比如，把儀器儀表設計得更有科技美感，更適于隨身穿戴。再比如，使操縱桿更符合人體工學(xué)、功能更強大。

　　最優(yōu)解，彰顯智慧

　　關(guān)于中國空間站構型布局，先后有十幾種方案擺在桌面上供討論和選擇。綜合多方面因素，特別是適配天地環(huán)境、滿(mǎn)足功能性能要求、保障重要設備在軌工作等，我們最終選定“T”字構型。

　　選“T”字構型可以獲得最大發(fā)電效率。通過(guò)在“T”字“橫”的兩段，設置雙自由度太陽(yáng)翼，能夠保障最大限度利用太陽(yáng)光。

　　“T”字構型可以保持前向、后向、徑（下）向三向對接能力。前向、徑向兩個(gè)對接口可以接納兩艘載人飛船實(shí)現輪換，而且兩個(gè)對接口都在軌道平面內，飛船可以在軌道面內沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無(wú)需對接后再轉位，更安全。后向對接貨運飛船，天宮空間站可以直接用貨運飛船發(fā)動(dòng)機進(jìn)行軌道機動(dòng)。

　　“T”字構型是最優(yōu)解，彰顯了中國航天人的智慧。

　　難關(guān)多，逐一攻克

　　空間站重在科研應用，我們所有的努力都旨在為科研應用打牢基礎，讓平臺、結構、能源、信息、控制、生命保障等功能經(jīng)得起考驗，做到令人放心，同時(shí)賦予其足夠的擴展能力和適應能力。

　　當然，要做到令人放心并不容易，在這個(gè)過(guò)程中，我們遇到了很多難題，其中有兩類(lèi)頗具代表性。

　　第一類(lèi)與長(cháng)壽命、長(cháng)周期、長(cháng)時(shí)間有關(guān)。一些材料在前期表現很好，卻在工程研制中出問(wèn)題，導致做長(cháng)壽命試驗時(shí)未能抵近極限。一些小尺寸材料做防原子氧處置效果很好，但是在用一些新方法、新技術(shù)在某些大尺寸材料上做，就出現瑕疵。

　　第二類(lèi)與在地面無(wú)法完全真實(shí)模擬某些空間環(huán)境有關(guān)。由于地面仿真手段有限，對仿真對象了解不夠深入，導致仿真模型不夠準。比如在液體收集管理方面，我們在地面試驗中做到收集率達到99%，在太空中即使達到98%也會(huì )造成麻煩，因為液體殘留量會(huì )日積月累。

　　航天領(lǐng)域老前輩們常說(shuō)：“識別關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。”面對難關(guān)，我們不僅要攻破技術(shù)原理，而且要把工程實(shí)現的全過(guò)程走通，把每件產(chǎn)品質(zhì)量做到極致，把各種狀態(tài)摸透。可以說(shuō)，我們一直在努力識別“未知”，量化“已知”并通過(guò)各種分析驗證，借助相關(guān)數據反饋，把難關(guān)逐一攻克。

　　“天宮”的實(shí)驗艙上有一對碩大的太陽(yáng)翼，可以像大風(fēng)車(chē)一樣360°轉動(dòng)，非常炫酷。這對太陽(yáng)翼就是我們用上述方式攻克難關(guān)取得的一大碩果。

　　該太陽(yáng)翼尺寸特別大，單翼長(cháng)約27米，展開(kāi)面積138平方米。如此巨型的翼在軌展開(kāi)后會(huì )產(chǎn)生怎么振動(dòng)呢？由于在地面無(wú)法進(jìn)行等尺寸動(dòng)力學(xué)特性驗證，我們只能從局部入手，對太陽(yáng)翼伸展機構做單獨的動(dòng)力學(xué)特性驗證，再通過(guò)仿真、數值補償等辦法推出完整的動(dòng)力學(xué)特性，再結合核心艙的一套辨識系統，監測其太陽(yáng)翼在軌振動(dòng)、擾動(dòng)情況并測出振動(dòng)頻率。 據此，我們在實(shí)驗艙發(fā)射前對其太陽(yáng)翼控制參數、仿真模型參數進(jìn)行了修正。最終，實(shí)驗艙振翅高飛，助力中國“天宮”遨游太空。

　　忙驗證，三線(xiàn)并行

　　天和核心艙在發(fā)射入軌后約一年間，在兩艘載人飛船和兩艘貨運飛船配合下，完成了“關(guān)鍵技術(shù)驗證階段”。這一階段是系統工程一個(gè)生命周期尋求滿(mǎn)意解的“最后一公里”。對于空間站建造來(lái)說(shuō)，在該階段有空間站推進(jìn)劑補加、再生生保、艙外操作、在軌維修等7大關(guān)鍵技術(shù)要在軌驗證。

　　再生生保即再生式生命保障是人類(lèi)實(shí)現中長(cháng)期載人飛行最核心的關(guān)鍵技術(shù)之一，既受微重力環(huán)境影響，又有時(shí)間效應。在空間站微重力環(huán)境下，水處理、尿處理、電解制氧等構成的自我循環(huán)系統與在地面的表現不同，同時(shí)需要足夠長(cháng)的時(shí)間才能建立起物質(zhì)平衡，這就需要航天員在軌生活數月進(jìn)行驗證。

　　2021年6月，神舟十二號飛行乘組進(jìn)入核心艙，中國空間站開(kāi)始載人飛行，對相關(guān)性能進(jìn)行在軌驗證。之后，神舟十三號和神舟十四號飛行乘組入駐“天宮”，進(jìn)行了一些艙外操作驗證，完成對空間站上機電產(chǎn)品、有流體回路的產(chǎn)品的設置。值得一提的是，神舟十三號航天員乘組在地面科技人員的密切協(xié)同下，在空間站核心艙內采取手控遙操作方式，圓滿(mǎn)完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體交會(huì )對接試驗。

　　空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證階段之后就是空間站在軌建造階段。那幾年，我們一邊研制艙段，一邊做空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證，還一邊謀劃空間站長(cháng)期運行模式，可謂三線(xiàn)并進(jìn)。

　　大系統，團結協(xié)作

　　空間站的設計空前復雜，系統多、接口多、狀態(tài)多，組織體系和設計體系特殊。

　　艙段上各分系統由眾多單位負責，研制難度超過(guò)了很多航天器。由于各部分自身是一個(gè)獨立系統，同時(shí)又要融入整個(gè)大系統中，涉及大量協(xié)調和優(yōu)化工作。

　　作為中國空間站系統總指揮，我時(shí)刻關(guān)注各分系統之間的相互影響，從空間站大系統的視角來(lái)看問(wèn)題，做“系統決策”。讓我非常感動(dòng)的是，空間站系統所有參與人員都多年如一日，兢兢業(yè)業(yè)、精益求精、忘我工作，都著(zhù)眼大局、服務(wù)大局、團結協(xié)作。大家為了完成同一個(gè)目標，傾情付出，貢獻自己的汗水和聰明才智。

　　中國載人航天工程系統當然是更龐大的系統，除了空間站系統之外，還有載人飛船系統、貨運飛船系統、運載火箭系統、發(fā)射場(chǎng)系統、測控通信系統、著(zhù)陸場(chǎng)系統等。只有各系統群策群力、密切協(xié)作才能保障中國載人航天工程取得成功。

　　多年來(lái)，中國空間站系統獲得其他兄弟系統的鼎力支持。飛船系統的有些技術(shù)，已經(jīng)應用很久，非常成熟了，但是為了適應空間站需求，做出了必要調整。對運載火箭系統，空間站不僅要求其推力大、起飛重量大，而且要求箭艙分離時(shí)的沖擊力小。火箭系統團隊與我們精誠合作，攜手實(shí)現了目標。空間站艙段發(fā)射對入軌精度要求高，對發(fā)射時(shí)間窗口有限制。為了滿(mǎn)足要求，發(fā)射場(chǎng)系統團隊和火箭系統團隊積極努力，使空間站艙段精準入軌，給空間交會(huì )對接創(chuàng )造了好條件。同時(shí)，測控系統不斷加強和優(yōu)化陸、海和天基測控資源，提供優(yōu)質(zhì)測控服務(wù)。

　　航天是“千人一枚箭、萬(wàn)人一桿槍”的事業(yè)，正是靠著(zhù)萬(wàn)眾一心的團結協(xié)作精神，中國空間站建成，遨游于九天之上。

　　隨著(zhù)中國“天宮”的誕生，中國航天站上了新起點(diǎn)，國際科技界擁有了一項新的太空科研基礎設施。我們深信，這座由中國人設計并主導、向世界開(kāi)放的空間站將充分體現載人航天的價(jià)值，為人類(lèi)進(jìn)一步認識宇宙、更好利用空間資源做出卓越貢獻。

　　（本文作者王翔為空間站系統總指揮，由陳立根據作者口述整理）

　　中國科協(xié)科學(xué)技術(shù)傳播中心與本報合作推出