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2016年9月15日，值中秋之夜，“天宫二号”发射升空，顺便带去了对“嫦娥”的问候。天宫二号还不是真正的空间站，而是一个空间实验室，一个航天员的过渡的家。在这里，航天员们要做一系列实验，为未来我国真正的空间站打前哨。天宫二号究竟有何迷人之处？为此我们采访了载人航天工程空间应用系统总设计师赵光恒，让他带我们一起来领略天宫二号的风采吧。

1992年，中国载人航天工程启动，并定下了“三步走”的发展战略。第一步的任务是研制并发射载人飞船，主要解决航天员进入太空和天地往返运输问题。神舟一号到神舟六号飞船都是在解决这个核心问题，并尝试性地开展了一些空间科学实验与应用试验。

在成功解决天地往返运输问题后，从神舟七号开始，神舟八号、天宫一号、神舟九号、神舟十号以及刚刚发射的天宫二号、与天宫二号成功交会对接的神舟十一号，和明年即将发射的天舟一号货运飞船，都属于中国载人航天工程发展战略中的第二步。第二步的发展战略又进一步细分成两个阶段：第一个阶段要解决的问题是航天员的出舱活动技术，以及飞行器间的交会对接技术；第二阶段则重点解决航天员在太空中期驻留问题、推进剂补加问题和一定规模的应用问题。而真正建造像国际空间站那样的大规模空间应用的、可实现航天员长期驻留的空间站则是中国载人航天工程第三步的任务。

按照这个发展战略，天宫二号与天宫一号应分属于第二步中两个不同的阶段。在2008年神舟七号成功实现航天员出舱活动后，作为目标飞行器的天宫一号，分别与神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船进行了三次交会对接，成功验证了飞行器自动及手动交会对接技术。至此，可以说是完成了第二步第一阶段的目标任务。而天宫二号的成功发射则标志着下一阶段的正式开启：搭建一个能使人中期驻留的空间实验平台，验证空间站建造部分关键技术，并开展一定规模的空间科学研究与应用。因此，除了10月已经发射的神舟十一号载人飞船会将航天员送往天宫二号空间实验室之外，天舟一号货运飞船也将于明年初次登场，解决推进剂补加等问题。

图1. 神舟十一号载人飞船与天宫二号交会对接模拟图

第一个空间实验室

同天宫一号一样，天宫二号仍然采用实验舱和资源舱的两舱结构，全长10.4米，最大直径3.35米，太阳帆板展宽18.4米，重达8.6吨，设计在轨寿命2年。其中，资源舱为非封闭结构，主要为天宫二号在太空飞行提供动力并装载空间应用载荷；实验舱为密封舱，主要用于搭载各类科学应用载荷及为航天员提供适宜生活工作的活动空间。

仅从外形上看，天宫二号和天宫一号几乎一模一样。这也难怪，因为天宫二号本来就是天宫一号的备份飞行器。不过，由于承担的任务不同，天宫二号和天宫一号的内部载荷配备肯定是不同的。考虑到此次航天员要完成30天的驻留任务，实验舱内特意配备了一个经过人体工程学设计，满足航天员吃饭、实验操作等需求的综合工作台。为了保证航天员的睡眠质量，天宫二号舱内的噪声水平也较之前大大降低。此外，天宫二号上还安装了一条试验性的机械臂，帮助航天员搬运货物等。

虽然在天宫一号的基础上做了大幅的升级改造，天宫二号仍只能算作空间实验室，而非空间站。空间站是指可供多名航天员巡访、长期驻留工作生活的载人航天器：如前苏联建造发射的“礼炮”系列空间站、“和平号”空间站，以及美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和欧空局共同建造的国际空间站，都可以同时容纳多名航天员长期驻留。而且，这些空间站大多还具有多舱体组合与在轨运行时间长等特点。如国际空间站自1998年开始在轨工作，至今已不间断运行了18个年头，期间接受了上百次载人飞船和货运飞船的输送补给任务。

如今，天宫二号的成功发射标志着中国已经步入了“三步走”战略中第二步的第二个阶段。可以说，天宫二号更像是空间站的前身，是从载人飞船过渡到基础型空间站的试验性航天器。“天宫二号要为建造空间站做一些技术储备，包括试验航天员中期驻留、货运飞船的补给也就是推进剂的补加技术等等，将来的空间站要用到这些技术。另外，天宫二号和货运飞船不少科学应用实（试）验安排也带有这种性质，就是为了给将来的空间站长期载人飞行奠定基础。”赵光恒总师这样评价天宫二号对未来空间站的意义。

忙碌的空间实验室

为了充分利用天宫二号平台支持能力、特殊的轨道条件、微重力和辐射环境、有人参与，以及能天地往返等优势条件，此次天宫二号搭载了14项空间科学研究与应用项目，涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究和应用新技术等多个领域，是迄今为止中国载人航天工程里应用项目最多的一次。

正因如此，航天员不仅要像以前一样熟练地完成针对飞行器的各种操作，还要在为期30天的驻留期间参与操作天宫二号中的空间科学实验。“如综合材料制备实验，”赵光恒总师特意为我们举了一个详细的例子，“我们这次一共带了三批次材料样品，每批次6支，共18支不同的材料样品上去。其中，第一批的6支样品已随天宫二号进入太空，并在神舟十一号载人飞船到达之前就已经制备完成了。航天员进入天宫二号后，先要操作材料生长炉，把炉子打开，将制备好的样品一个一个拿出来，再把第二批样品一个一个装进去，并将试验设备恢复至工作状态。在航天员驻留期间，第二批样品也会制备完成，因此航天员在返回地球前还要将第二批样品也拿出来，并负责把第一批样品和第二批样品整理好安置在神舟十一号的返回舱内一并带回。至于第三批样品，就装进生产炉，使其随天宫二号继续在轨运行进行相关测量实验。”

此外，航天员还将参与高等植物培养实验，种子会在太空中被注入营养液，然后完成发芽、开花、结果的全过程，其返回单元也将由神舟十一号的航天员带回地球。这标志着，我国载人航天工程对航天员的要求正在逐步提高，并向专业性的方向发展。赵光恒总师表示，随着未来空间站内实验项目的增多，需要人员参与操作的项目也会增多。由于操作的程度与深度不一，培养科学家和载荷专家进行实际操作势在必行。尤其是生命科学实验等研究性实验，如果在太空这种微重力环境下可以直接取出样品进行原位实验，将会获得更有价值的科学成果。我们期待，在未来的中国空间站内，不仅有航天员，还有各个专业领域的科学家们忙碌的身影。

在天宫二号在轨运行的一个月后，神舟十一号载人飞船已于10月17日在酒泉卫星发射中心发射升空，并于10月19日与天宫二号成功交会对接。飞船搭载的两名航天员景海鹏和陈冬也顺利进入了天宫二号，正式开始为期30天的驻留试验。当神舟十一号完成对接及各项任务返回后，2017年4月前后，继续留守太空的天宫二号将盼来中国第一艘货运飞船天舟一号，进行推进剂补加等关键技术的验证。

图2.航天员将携带实验样品乘神舟十一号飞船返回地球模拟图

未来空间站计划

预计2020年前后，我国会正式开启载人航天工程“三步走”战略中的最后一步，迈入空间站阶段。先行发射空间站试验核心舱，并对空间站组装、航天员长期驻留等关键技术进行飞行验证。验证结果满足要求后再发射实验舱进行空间站建造。最终，建成的空间站组合体共有三个舱段，一个核心舱，两个实验舱，呈水平对称T形结构，可对接载人飞船和货运飞船。此外，还会有一个光学舱和空间站共轨飞行，像哈勃空间望远镜一样进行巡天观测。得益于与空间站共轨飞行，空间望远镜可与空间站对接进行仪器更换与维护，共享空间站的人力物力资源。

（本文发表于《科学世界》2016年第11期）