我国将建成水平先进的国家太空实验室

□本报记者 陈丽平 廉颖婷

中国空间站迎来最后一个主体舱段。

10月31日，在我国文昌航天发射场，长征五号B遥四运载火箭成功发射空间站梦天实验舱。

图为10月31日，搭载空间站梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭在我国文昌航天发射场点火发射。屠海超 黄国畅 胡煦劼 摄

梦天实验舱是我国空间站第二个科学实验舱，在轨组装完成后，梦天实验舱将与空间站天和核心舱、问天实验舱形成“T”字构型组合体，实现控制、能源、信息、环境等功能的融合使用，共同支持空间站开展更大规模的空间研究实验和新技术试验，打造空间技术应用研究“梦工场”。

可以说，天宫空间站是我国未来10年规模最大的空间综合性研究实验平台，我国将把它建成水平先进的国家太空实验室。

梦天实验舱长啥样

梦天实验舱由工作舱、载荷舱、货物气闸舱、资源舱四个舱段组成，舱体全长17.88米，直径4.2米，发射质量约23吨，由中国航天科技集团有限公司（以下简称航天科技集团）八院研制，主要面向微重力科学研究。

据中国科学院空间应用中心研究员、空间应用系统副总设计师刘国宁介绍，中国科学院研制了空间科学研究与应用领域的超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜、高温材料科学实验柜、两相系统实验柜、流体物理实验柜、燃烧科学实验柜、在线维修装调实验柜7个方面的8个科学实验柜，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究，以及超冷原子物理等前沿实验研究等。

图为中国空间站效果图。

此外，梦天实验舱应用了X射线透射成像系统，作为空间站材料实时观察实验主载荷，也是世界第一台在载人航天器中使用X射线透射成像原理进行实验的科学装置，在资源与空间受限的情况下实现了X射线的完全屏蔽，是具有历史意义的科学装置。

梦天实验舱与问天实验舱相比有什么不同？

梦天实验舱与问天实验舱的任务分工和定位不同，两者在配置上既有相似又有不同。

梦天实验舱的定位是航天员工作的地方，因此没有配置类似“问天”舱的再生生保以及睡眠区、卫生区。但两个舱段均配置有航天员的锻炼设备，梦天实验舱配置的是抗阻锻炼设备，类似健身房的划船机。

从总体构型来看，梦天实验舱的肚子更圆，它由四个舱段组成，并采用了独特的“套娃”设计。工作舱通过对接机构与天和核心舱相连，主要是航天员舱内工作与锻炼的地方，也是舱内科学试验机柜安装的地方。载荷舱与货物气闸舱则是以“双舱嵌套”的形式与工作舱相连，也就是说，在载荷舱的内部，隐藏着一个货物气闸舱，主打货物出舱专用通道。最前端的是资源舱，也是对日定向装置和柔性太阳翼等安装的地方。

图为梦天实验舱。

从支持应用任务来讲，梦天实验舱作为工作室，是两个舱中支持载荷能力最强的舱段，其配置了13个标准载荷机柜，可支持流体物理、材料科学、超冷原子物理等前沿试验项目，堪称天宫“梦工场”。

同时，为了最大化实现舱外试验支持能力，梦天实验舱舱外配置有37个载荷安装工位，可为各类科学实验载荷提供机、电、信息等方面的能力支持，确保它们在太空环境下开展各类实验。特别是载荷舱上配置有两块可在轨展开的暴露载荷实验平台，进一步增强了空间站的载荷支持能力。

“螺蛳壳里做道场”

梦天实验舱肩负着支持更强科学实验的使命，为确保顺利完成使命，一系列黑科技被应用在梦天实验舱上。

与问天实验舱一样，梦天实验舱也拥有一个气闸舱。但不同的是，梦天实验舱的气闸舱不再作为航天员出舱使用，而是一条专供货物出舱的通道。如果将问天实验舱的气闸舱比作“国际机场”的话，那么梦天实验舱上配置的货物气闸舱，就是空间站的“国际货运港口”。通过这个“港口”，我国空间站的载荷自动进出舱技术、小卫星在轨释放等一系列全新技能将首次亮相，实现货物、载荷在空间站舱内外的全自动交互，不仅送得出、接得入，还运得快、行得稳。

在梦天实验舱内，配置了一台载荷转移机构，可以稳定地执行将货物从舱内送出舱外，或将舱外货物运至舱内的任务。载荷转移机构的运送能力能达到400公斤、单次运送货物包络可以达到1.15米×1.2米×0.9米。与航天员“带货出舱”的方式相比，货物出舱能力得到进一步提升，减少了航天员出舱和航天服使用次数，有效提高了载荷进出舱效率，降低了载荷进出舱成本。

“载荷转移机构可以实现货物的自动进出功能，小小的空间发挥大大的效能，这是‘螺蛳壳里做道场’。”航天科技集团八院空间站梦天实验舱计划经理刘慧颖说。

载荷转移机构还催生了一项特别的任务，那就是梦天实验舱可以支持在轨释放微小卫星，让小卫星“飞”。梦天实验舱专门配置了微小卫星在轨释放机构，在载荷转移机构与机械臂的配合下，能够满足百公斤级微小飞行器或者多个规格立方星的在轨释放需求，解决微小卫星和立方星低成本进入太空的问题。

“空间站化身为母港，既可以释放百公斤级的微小飞行器，也可以释放多个规格的立方星，提供了火箭发射以外的另一个渠道，微小飞行器可以更加低成本进入太空了。”刘慧颖说。

同时，为满足将来更大尺寸、更大重量货物的进出舱需求，梦天实验舱的货物气闸舱上还安装了一款独一无二的方形舱门。舱门采用全自动弧形滑移设计，可以为货物的进出舱提供一条宽阔的走廊，也是隔离舱内与舱外空间环境的关键设备，这是我国空间站首次亮相的方形自动舱门。

直接和宇宙见个面。梦天舱在I、III象限均配置了有源驱动展开式暴露平台，在III象限增配了固定式暴露平台，可为中小型标准载荷提供机、电、热、信息等支持。

对日定向装置、天地一体化通信网络、在轨以太网技术、仿真体系建设、对接转位技术……一系列技术在梦天舱上发挥着无可替代的作用。

23吨庞然大物如何转身

此次任务，除了与天和核心舱组合体实施交会对接外，梦天实验舱还将进行太空转位，实现“T”字构型，即从核心舱前向对接口转移到侧向对接口，实现这一转位功能的产品正是由航天科技集团八院149厂生产、总装的转位机构。中国空间站将再次演绎完美的“太空转身”。

转位的第一步是进行对接，也就是通过转位机构将梦天实验舱和天和核心舱连接起来。梦天实验舱上的转位机构采用的是锥杆式对接方式。团队在转位机构转臂的前段设置了一个捕获杆，捕获杆如同花蕊一般被包裹在三个导向片形成的“花瓣”中。当捕获机构向基座靠近时，两个产品的六个导向片将进行初步定位。随后，如花蕊般的锥杆由驱动组件推出，在拉簧组件的配合下，使其能够在一定范围内摆动，保证了与基座连接锁定的自适应性。这样的结构设计能够让转位机构具备完美的捕获、对接能力。

图为科研团队与梦天实验舱合影。

梦天实验舱从天和核心舱前向对接口转移到侧向对接口，并非像我们转身一样简单。如何让150公斤的转臂平稳带动约23吨的梦天实验舱顺利实现转身呢？梦天实验舱转臂上安装了两个驱动部件——关节驱动机构，这就像我们手臂的两个运动关节一样，靠近梦天实验舱端的是“肩关节”，另一个则是与捕获机构相连的“腕关节”。在两个“关节”工作时，它们必须做到从加速到匀速阶段的平稳过渡，从而确保运动过程中的稳定性。

为了让梦天实验舱能够具备大惯量负载下的转动能力，此次转位过程中采用了舱体停控模式，即在转位时通过“肩关节”做一次启停，“腕关节”做两次启停，从而实现平稳转向。

（图片除署名外均由航天科技集团八院提供）