圖：解構(gòu)中國空間站

　　9月18日10時25分，天舟二號貨運飛船從空間站天和核心艙后向端口分離，并繞飛至前向端口完成自動交會對接，整個過程歷時約4小時。目前，空間站天和核心艙與天舟二號貨運飛船組合體狀態(tài)良好，后續(xù)將先后迎接天舟三號貨運飛船、神舟十三號載人飛船的訪問。中國載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心主任高銘日前表示，科學(xué)家未來將進入中國空間站工作。目前，中國已選拔4位具有不同學(xué)科背景的載荷專家，正在航天員中心接受訓(xùn)練，會在空間站進入運營階段之后陸續(xù)開始工作，科研天地協(xié)同快將實現(xiàn)。

　　高銘在接受《國家科學(xué)評論》（National Science Review， NSR）專訪時透露了上述信息。她表示，中國計劃在明年6月底前發(fā)射實驗艙Ⅰ“問天”，9月底前發(fā)射實驗艙Ⅱ“夢天”，屆時，空間站組合體將建造完成。未來如果有需要，也可在這個基礎(chǔ)上進行適當擴展。此外，中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）將于2024年發(fā)射升空，它會與空間站保持一定的距離，共軌獨立飛行，但是每隔兩到三年，或者在需要的時候，它會?？吭诳臻g站上，由航天員進行維護和升級。

　　設(shè)逾20個實驗柜開展研究

　　高銘透露，中國空間站的艙內(nèi)會有超過20個實驗柜，在三個艙段的外側(cè)，會有3個大型載荷掛點和2個艙外暴露平臺，已在空間生命科學(xué)與人體研究、微重力物理科學(xué)、空間天文與地球科學(xué)，以及空間新技術(shù)與應(yīng)用等4個重要領(lǐng)域制定系統(tǒng)、長期的規(guī)劃，并將研制一大批科學(xué)研究設(shè)施，支持在軌開展1000余項研究項目。

　　高銘表示，中國正在北京懷柔科學(xué)城建設(shè)面向空間站的地面實驗基地，預(yù)計在今年底投入使用。空間站地面實驗基地非常重要，不僅可以開展前期的項目培育，在空間研究的前、中、后期都可發(fā)揮重要作用?？臻g站和地面實驗基地將形成一個天地協(xié)同的開放系統(tǒng)，為空間科學(xué)研究提供最好的實驗條件。

　　空間站可接受外國航天員

　　對于未來是否將有科學(xué)家進入空間站，高銘給出了肯定的答案。她表示，空間站中的航天員主要有三類，一類是航天駕駛員，一類是航天飛行工程師，還有一類是有科學(xué)研究背景的載荷專家。首批神舟十二號三位航天員在科學(xué)實驗方面可以進行一些人機協(xié)同的操作，包括更換樣品、實驗操作等，他們還會作為工程師，承擔一部分儀器維護、維修的工作，以及開展艙外操作，包括艙外設(shè)備安裝與維護、巡天望遠鏡的維護等。載荷專家的工作主要就是科學(xué)研究，他們有空間實驗相關(guān)的科學(xué)背景，可根據(jù)空間實驗條件和實驗結(jié)果來靈活地調(diào)整實驗設(shè)計，在空間站中更好地掌握實驗進程。

　　中國目前已經(jīng)選拔了4位具有不同學(xué)科背景的載荷專家，正在航天員中心接受訓(xùn)練，會在空間站進入運營階段之后陸續(xù)開始工作。

　　高銘還表示，中國空間站原則上可以接受外國航天員，中國載人航天一直都保持著對外開放、合作共贏的基本原則，愿意和其他國家進行合作。目前，已經(jīng)有一些國家表達這方面需求，希望能在中國的空間站上進行空間科學(xué)研究。

　　四大領(lǐng)域科學(xué)研究：

圖：“神十二”航天員聶海勝(中)、劉伯明(左)和湯洪波在進行交會對接訓(xùn)練。

　　空間生命科學(xué)與人體研究

　　深入研究空間環(huán)境各因素對生命體細胞、組織、器官等各層次的影響與作用機理，探索認知生命體太空生長發(fā)育與繁衍規(guī)律及人類太空長期生存面臨的健康保障問題，并利用空間特殊環(huán)境發(fā)展創(chuàng)新的藥物和醫(yī)療技術(shù)。

　　微重力物理科學(xué)

　　主要研究物質(zhì)運動的本質(zhì)規(guī)律，建立空間高精度時間頻率系統(tǒng)，進行廣義相對論高精度檢驗等研究;實現(xiàn)100 pK超低溫玻色—愛因斯坦凝聚(BEC)，開展極端條件下超冷原子物理等基礎(chǔ)前沿實驗;開展多相流與相變傳熱等研究及應(yīng)用。

　　空間天文與地球科學(xué)

　　利用巡天光學(xué)望遠鏡、高能宇宙輻射探測設(shè)施等天文觀測設(shè)施，開展長期深入的天文觀測研究，研究暗物質(zhì)與暗能量、宇宙線起源、宇宙形成與早期演化等重大問題;著眼全球氣候變化等關(guān)系人類社會可持續(xù)發(fā)展，發(fā)展對地觀測新技術(shù)和新體制。

　　空間新技術(shù)與應(yīng)用

　　發(fā)展在軌制造與建造、空間機器人與自主系統(tǒng)、空間信息及精密測量等空間新技術(shù)，提升人類探索、開發(fā)與利用太空的能力。

　　信息時代 太空實現(xiàn)“5G沖浪”

　　與以往的中國載人航天任務(wù)相比，神舟十二號任務(wù)進入全新的信息時代。航天員們雖然身處太空，也可通過智能終端隨時“5G沖浪”。他們及時向奧運健兒們發(fā)出了賀信，還為全國少年兒童錄制了《開學(xué)第一課》，發(fā)表了自己拍攝的太空大片，甚至還當了視頻博主拍攝了Vlog。這都離不開強大的通訊技術(shù)支持。

　　中國載人航天工程初期，采取的主要還是陸?；鶞y控的天地通訊鏈路，由于當時中國沒有遍布全球的測控站和測量船，載人飛船受地球曲率遮擋和視線視場影響，只有進入測控站(船)的視場時，才能建立飛行弧段內(nèi)的短時天地通信聯(lián)絡(luò)。2003年，中國首位航天員楊利偉執(zhí)行神舟五號任務(wù)時，雖然曾數(shù)次進行天地通話，但每一次都有嚴格的時間窗口限制。

　　如今神舟十二號任務(wù)，不僅可以隨時天地雙向語音、視頻通話，航天員在太空也可通過智能終端隨時“5G沖浪”。

　　這是因為中國發(fā)射了位于4萬公里軌道高度的天鏈一號03星、04星以及天鏈二號01星，由它們組成的“太空基站”，鏈接天地建立起一條網(wǎng)絡(luò)鏈路?？臻g站與地面之間的語音、視頻、電子郵件數(shù)據(jù)，以及下行的科學(xué)實驗數(shù)據(jù)都能通過這條鏈路實現(xiàn)高速傳輸。

　　這條鏈接天地的中繼通信鏈路下行速率是1.2G，與地面上5G通信速率相當。中繼衛(wèi)星地面站實時接收太空數(shù)據(jù)，然后傳到北京飛行控制中心，再根據(jù)不同標識進行自動分發(fā)，時延僅為秒級。

　　國產(chǎn)技術(shù) 水氧高效循環(huán)再用

圖：9月初，航天員劉伯明在天地對話中向香港學(xué)生展示喝“太空功夫茶”。

　　神舟十二號航天員在空間站核心艙中工作生活了90天。對于長期在軌駐留的太空飛行，不可能全部依靠地面運輸?shù)奈镔Y。在此次任務(wù)中，核心艙內(nèi)環(huán)控生保系統(tǒng)的應(yīng)用再生生命保障技術(shù)得到了驗證，實現(xiàn)在艙內(nèi)氧氣和水循環(huán)使用。這項技術(shù)將三名航天員在軌一年所需近7.5噸的物資，降至1.1噸，為今后空間站的長期飛行奠定了基礎(chǔ)。

　　9月3日，在與香港學(xué)生的天地對話活動中，劉伯明曾專門展示過如何在空間站中飲水。他將“太空功夫茶”擠出一個不大不小的水泡，再一口吞下。劉伯明介紹，空間站中的水資源主要三部分，一是攜帶到太空的少量水;一部分是再生水，再生水亦有兩部分，一是收集的冷凝水，第二部分是尿液處理，形成蒸餾水。

　　在密閉狹小的空間站艙內(nèi)制造一個類似地球環(huán)境的可循環(huán)生命保障系統(tǒng)，且長時間穩(wěn)定運行，難度可想而知。據(jù)介紹，這項空間站任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，由中國航天員中心環(huán)控生保室來攻克。微重力條件下，水氣分離要用到水氣分離裝置。太空中的水氣分離裝置，沒有現(xiàn)成產(chǎn)品。研制團隊走訪了內(nèi)地十幾家大學(xué)和科研院所，做了數(shù)千次的試驗，直到裝置滿足壽命、可靠性和穩(wěn)定性等要求。

　　中國航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師王春慧表示，3名航天員每天大概需要水11到12升，通過再生系統(tǒng)生成的可以保證有9公斤水，這樣水資源的閉合度已達到80%，再加上二氧化碳還原所產(chǎn)生的水，閉合度就能夠提升到90%以上。

　　實驗“寶柜” 孕育千項頂尖科研

　　圖：核心艙實驗柜相當于一個專業(yè)學(xué)科或研究領(lǐng)域的實驗研究平臺。圖為“神十二”航天員整理空間站設(shè)備。

　　中國空間站是航天員的“太空之家”，也是最尖端的國家級太空實驗室。天和核心艙的艙內(nèi)、外部署了眾多重大科學(xué)設(shè)施，同時利用微重力和輻射環(huán)境、航天員較長在軌駐留、天地往返等優(yōu)勢，開啟中國空間科學(xué)研究與應(yīng)用的新時代。首批進入空間站的重大科學(xué)設(shè)施主要包括無容器材料實驗柜、高微重力科學(xué)實驗柜兩大法寶。

　　據(jù)介紹，由中國科學(xué)院牽頭負責的空間應(yīng)用系統(tǒng)，目前在空間站天和、問天、夢天三個艙段艙內(nèi)共安排了13個科學(xué)實驗柜，每個實驗柜都是一個高功能密度的太空實驗室，可支持一個或多個方向的空間科學(xué)與應(yīng)用研究?？臻g站艙外還安排了若干暴露實驗平臺，同時巡天空間望遠鏡與空間站共軌飛行。這些重大設(shè)施可支持在軌實施空間生命科學(xué)與生物技術(shù)、微重力流體物理和燃燒、空間材料科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理等9個學(xué)科領(lǐng)域30余個研究主題的科學(xué)研究，空間站在軌運營10年以上時間，預(yù)計可滾動實施近千項實驗項目。

　　在天和核心艙任務(wù)中，空間應(yīng)用系統(tǒng)還研制了應(yīng)用信息與配電、應(yīng)用流體回路、空間環(huán)境要素監(jiān)測等支持設(shè)備，建立應(yīng)用任務(wù)在軌共用支持條件，為應(yīng)用任務(wù)在軌運營提供支撐和保障;建設(shè)和運行天地支持系統(tǒng)，為應(yīng)用項目的論證、研制、運營和持續(xù)產(chǎn)出高水平成果提供全壽命周期支持，推動中國空間科學(xué)與應(yīng)用水平整體跨上新臺階。

　　世紀工程 機械臂舉重若輕

圖：在機械臂的協(xié)助下，“神十二”航天員出艙活動得以順利進行。

　　神舟十二號任務(wù)中，航天員聶海勝身著艙外航天服站在機械臂上與地球合影的照片，堪稱中國空間站建造階段的經(jīng)典畫面。值得一提的是，在神舟十二號兩次長達6小時以上的太空出艙任務(wù)中，有“太空百變金剛”之稱的空間站核心艙機械臂發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。機械臂是中國目前智能程度最高、規(guī)模與技術(shù)難度最大、系統(tǒng)最復(fù)雜的空間智能制造系統(tǒng)，研制團隊全面跨越國外技術(shù)封鎖，實現(xiàn)全部核心部件實現(xiàn)國產(chǎn)化。

　　空間站核心艙機械臂是一款模仿人類手臂的七自由度機械臂，主要承擔艙段轉(zhuǎn)位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態(tài)檢查等八大類在軌任務(wù)。所謂“七自由度”，就是人類手臂的最真實還原。機械臂可以通過末端執(zhí)行器與目標適配器之間的對接與分離，類似于木工常用的榫卯結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)艙體爬行功能，以一種類似蠕蟲的運動方式移動到空間站的許多部分，進而在更大范圍觸達空間站各艙體外表面。

　　中國空間站機械臂系統(tǒng)主任設(shè)計師王友漁介紹，從航天員、貨物到20余噸的大質(zhì)量艙段，機械臂都能將其大范圍轉(zhuǎn)移搬運，從而輔助航天員完成出艙、懸停捕獲、輔助對接等任務(wù)。此外，機械臂可以利用空間站艙體表面的適配器來回“爬行”，增加操作空間;機械臂還可以實現(xiàn)低沖擊、高剛度的抓取功能，視覺監(jiān)視與測量以及視覺伺服捕獲功能。