中國空間站模擬構(gòu)型圖。

空間輻射生物學(xué)裝置安裝在夢天實驗艙暴露平臺。圖片來源：中國載人航天工程辦公室

從“圓夢乘組”出艙、返回，到“博士乘組”亮相、進駐；從第二屆“天宮畫展”除夕上新，到一系列在軌科學(xué)實驗和試驗順利進行……半年多來，進入常態(tài)化運營模式的中國空間站，留下了許多高光時刻。

近日，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了2023中國載人航天年中“成績單”，28項內(nèi)容串聯(lián)起了中國載人航天半年來的精彩故事。

電推進系統(tǒng)實現(xiàn)首秀

在這份“成績單”中，最近的一項任務(wù)是空間站電推氣瓶出艙安裝。在天地協(xié)同配合下，首次采用“換氣”而非“補氣”的方式完成電推進劑補加，對空間站長期軌道維持和安全平穩(wěn)飛行起到重要作用。

據(jù)了解，電推進系統(tǒng)的工作原理是先將氙氣等惰性氣體轉(zhuǎn)化為帶電離子，再把這些離子加速、噴出以產(chǎn)生推進力，從而完成航天器的姿態(tài)控制、軌道修正和軌道維持等任務(wù)。天宮空間站的電推進系統(tǒng)是這一系統(tǒng)在載人航天領(lǐng)域的首秀。安裝在艙外的大氣瓶就像是空間站的“外掛”，其攜帶的推進劑可以支持電推力器長時間的軌道維持工作。

值得一提的是，此次安裝任務(wù)是由航天員和空間站機械臂協(xié)同完成的。大氣瓶首先由航天員進行艙內(nèi)組裝、自檢及測試，通過自動出艙裝置送至艙外，隨后艙外機械臂抓取并將其轉(zhuǎn)移、對接到安裝位。

為了實現(xiàn)貯氣模塊的在軌安裝，設(shè)計團隊創(chuàng)造性地提出了一種簡化版的浮動對接形式，極大提高了對接的容差能力和可靠性，即便在軌多次拆裝也能保證精度、滿足要求。得益于統(tǒng)一的接口設(shè)計，空間站外可以安裝不同容積、不同工作壓力的氣瓶，工質(zhì)也不限于已有系統(tǒng)的氙氣，并可根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況上行不同工質(zhì)推進劑。

正常情況下，在大氣瓶內(nèi)的推進劑耗盡后，機械臂會自動進行在軌更換，同時也支持航天員手動更換氣瓶，保證“兼容”，實現(xiàn)推進劑替換簡單、高效、可靠的目標(biāo)。

科學(xué)實驗和試驗穩(wěn)步推進

安裝電推氣瓶是神舟十六號乘組的在軌工作任務(wù)之一。自5月30日進駐中國空間站以來，“博士乘組”航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮共同協(xié)作，高頻次、高效率地開展了載荷出艙、設(shè)備測試、實驗項目實施、艙段檢查維護等工作。

“成績單”顯示，6月9日至10日，神舟十六號乘組完成了夢天實驗艙空間輻射生物學(xué)暴露實驗裝置出艙工作，這是我國首次開展艙外輻射生物學(xué)暴露實驗。航天員近日在天和核心艙內(nèi)開展了細胞學(xué)研究樣本回收工作，包括回收取樣液袋、細胞培養(yǎng)板回收、樣本轉(zhuǎn)移等步驟。此外，航天員還進行了應(yīng)急呼吸裝置在軌測試，該裝置是專為航天員設(shè)計，以應(yīng)對壓力應(yīng)急條件下的特殊情況。

今年，隨著國家太空實驗室搭建完成，中國空間科學(xué)研究和宇宙空間探索進入嶄新階段。半年來，航天員在軌開展了多項科學(xué)實驗和試驗。

今年3月，在地面科研人員和航天員協(xié)同配合下，神舟十五號乘組完成了燃燒科學(xué)柜實驗系統(tǒng)首次點火測試，點火實驗采用甲烷作為燃料，高速相機清晰地拍下了整個點火和燃燒過程，為后續(xù)項目順利實施打下良好基礎(chǔ)。

此外，空間站雙光子顯微鏡項目開展了在軌實驗并取得成功，首次在航天飛行過程中獲取航天員皮膚表皮及真皮淺層的三維圖像；空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換試驗裝置順利完成在軌試驗，熱電轉(zhuǎn)換效率等綜合技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平。

今年5月，經(jīng)過為期5個多月的在軌觀測試驗，中國首次成功實現(xiàn)在軌對導(dǎo)電環(huán)磨屑產(chǎn)生過程和團簇現(xiàn)象的觀測。與此同時，空間站航天技術(shù)試驗領(lǐng)域也完成我國首次液態(tài)金屬熱管理在軌試驗，取得系列關(guān)鍵技術(shù)成果。

在后續(xù)的空間站任務(wù)中，神舟十六號乘組還將按計劃開展多領(lǐng)域大規(guī)模在軌實驗和試驗，有望在新奇量子現(xiàn)象研究、高精度空間時頻系統(tǒng)、廣義相對論驗證以及生命起源研究等方面產(chǎn)出高水平科學(xué)成果。同時，航天員將繼續(xù)開展天宮課堂太空授課活動，讓載人航天走進中小學(xué)生課堂。

空間站構(gòu)形多次變化

今年5月10日，天舟六號貨運飛船成功升空。6月6日，先期撤離的天舟五號貨運飛船獨立在軌飛行33天之后，完成了與空間站組合體的再次交會對接。目前，天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙和神舟十六號載人飛船、天舟五號及天舟六號貨運飛船組成了空間站“三艙三船”的全新構(gòu)型。

幾個月后，中國空間站的構(gòu)型將產(chǎn)生新的變化。神舟十七號載人飛船升空前，天舟五號貨運飛船將會再次從空間站撤離，再入大氣層完成燒蝕銷毀。

今年，空間站工程進入應(yīng)用與發(fā)展階段，空間站轉(zhuǎn)入常態(tài)化運營模式。按照此前公布的任務(wù)規(guī)劃，神舟十六號和神舟十七號乘組將在今年下半年完成在軌交接。

據(jù)專家介紹，中國空間站的真正構(gòu)型共有53種。為進一步支持在軌科學(xué)實驗、為航天員的工作和生活創(chuàng)造更好的條件，中國還將適時發(fā)射擴展艙段，將空間站基本構(gòu)型由“T”字型升級為“十”字型。

中國工程院院士、航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計師楊宏在展望空間站未來發(fā)展時表示，中國空間站組合體將成為“太空母港”，包括巡天空間望遠鏡在內(nèi)的航天器可進行伴飛。當(dāng)需要維修和燃料補給時，航天器可自主對接空間站。