（一）天宮二號基本情況

天宮一號的主要任務(wù)還是完成交會對接任務(wù)，因?yàn)槲覀円黄七@項(xiàng)技術(shù)。研制天宮一號目標(biāo)飛行器也是我國的一個(gè)創(chuàng)新。它有一個(gè)很突出的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)射一個(gè)天宮目標(biāo)飛行器可以進(jìn)行多次交會對接。比如，我們發(fā)射天宮一號以后，又先后發(fā)射了神舟八號、九號、十號與之對接，對接三次只發(fā)射四個(gè)飛行器就行了。而且天宮一號不僅用于交會對接，還可以驗(yàn)證組合體飛行技術(shù)，航天員還可以在里面進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。而國外如果進(jìn)行三次交會對接，要發(fā)射六艘飛船，每次交會對接以后兩個(gè)飛船返回了，而天宮一號是不返回的，這樣節(jié)省了經(jīng)費(fèi)和研制周期。

天宮二號是在天宮一號目標(biāo)飛行器備份產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的。它在外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量上都沒有變化，長得和天宮一號是一樣的，但天宮二號的“內(nèi)芯”是不一樣的。天宮二號和天宮一號尺寸是這樣的：長10.4米，最大直徑3.35米，太陽電池翼展寬是18.4米，重8.6噸，仍采用實(shí)驗(yàn)艙和資源艙兩艙式構(gòu)型，跟飛船不一樣，飛船是三艙式構(gòu)型——軌道艙、返回艙、推進(jìn)艙。它的設(shè)計(jì)壽命也很長，可以使用至少兩年。由于天宮二號執(zhí)行的航天任務(wù)與相比天宮一號有很大的變化，所以它的“內(nèi)核”有很大的不同，主要完成三大任務(wù)。第一個(gè)是要接受航天員的訪問，進(jìn)行30天中期駐留驗(yàn)證試驗(yàn)，來考核面向長期飛行的航天員的生活、健康、工作、保障等相關(guān)技術(shù)。第二個(gè)是接受我國首艘貨運(yùn)飛船天舟一號的訪問，考核驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)。因?yàn)槲覀円院罂臻g站在軌運(yùn)行10年以上，不可能把所有的燃料物資運(yùn)上去，需要不斷用貨用飛船進(jìn)行補(bǔ)加，這次主要是用推進(jìn)劑進(jìn)行補(bǔ)加，以后航天員在空間站里面還可以運(yùn)輸一些物資。這天宮二號是我國第一個(gè)具備太空補(bǔ)加功能的載人航天實(shí)驗(yàn)室。第三個(gè)是開展較大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和空間應(yīng)用試驗(yàn)以及在軌維修和空間站技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。

圍繞三大任務(wù)，天宮二號開展很多新的設(shè)計(jì)工作。第一，天宮二號比天宮一號飛得更高，要高50公里，在393公里的軌道高度運(yùn)行。第二，實(shí)驗(yàn)更多。第三，時(shí)間更長。航天員在里面駐留的時(shí)間長，有14大項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。為了保持與天宮一號相同的質(zhì)量，專家們對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了調(diào)整和改變，乘員人數(shù)只有兩位，在燃料方面這次發(fā)射時(shí)所攜帶的推進(jìn)劑比天宮一號少一些，一是因?yàn)?017年我們的貨運(yùn)飛船會為它進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加，不需要帶那么多；二是省出的空間和重量可以多帶一些科研設(shè)備和空間站的技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備上去。

（二）天宮二號與飛船的交會對接

天宮二號升空以后，先進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)350公里高度的初始軌道，之后變軌進(jìn)入約380公里高的運(yùn)行軌道，進(jìn)行在軌測試。神舟十一號載人飛船10月中下旬發(fā)射前，天宮二號要進(jìn)入高度為393公里的近圓對接軌道，等待交會對接。所以，它不是一開始就進(jìn)入到393公里交會對接軌道。由于軌道高度的變化，對它的設(shè)計(jì)要重新計(jì)算，現(xiàn)在我國的測控系統(tǒng)已經(jīng)做好了這方面的準(zhǔn)備。按照計(jì)劃，天宮二號升空后和交會對接以前，要開展平臺和空間應(yīng)用載荷的測試。據(jù)最新消息，這個(gè)測試很順利，并取得了一些科研成果。一是要進(jìn)行平臺和空間應(yīng)用載荷的在軌測試，包括完成平臺的姿態(tài)和軌道控制、供配電、信息傳輸與控制等方面的性能測試，以及交會對接支持、航天員駐留支持等功能的檢查，完成應(yīng)用載荷的功能性檢查和測試。此后，轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行模式，開展部分空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。二是在神舟十一號飛船發(fā)射前，天宮二號再一次進(jìn)行狀態(tài)和功能檢查，確認(rèn)是否滿足載人交會對接條件和駐留要求，并將軌道調(diào)升至高度393公里近圓對接軌道。之后，按計(jì)劃發(fā)射神舟十一號載人飛船，入軌后經(jīng)變軌調(diào)向（一般要追兩天）與天宮二號交會對接成一個(gè)組合體，航天員進(jìn)入天宮二號開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。組合體運(yùn)行到30天的時(shí)候，神舟十一號的航天員就要進(jìn)入飛船，關(guān)上艙門與天宮二號分離，航天員乘返回艙返回四子王旗主著陸場，天宮二號繼續(xù)在軌飛行。

2017年4月，天舟貨運(yùn)飛船在文昌發(fā)射。這次不是酒泉發(fā)射，因?yàn)檫@個(gè)飛船質(zhì)量比較大，有13噸左右，要用我們新研制的長征七號新一代中型運(yùn)載火箭發(fā)射。入軌后，天舟一號要經(jīng)過變軌調(diào)相與天宮二號交會對接構(gòu)成組合體，進(jìn)行推進(jìn)劑補(bǔ)加試驗(yàn)。完成了任務(wù)以后，天舟一號與天宮二號分離，開展搭載載荷試驗(yàn)。天宮二號要繼續(xù)在軌飛行，進(jìn)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。天宮二號的有些實(shí)驗(yàn)是有人進(jìn)行實(shí)施的，有些實(shí)驗(yàn)是可以無人進(jìn)行實(shí)施的。

在整個(gè)交會對接任務(wù)中，天宮二號要扮演一個(gè)引導(dǎo)者和指揮管理者的角色，始終管控著工作的進(jìn)度和進(jìn)展。它能發(fā)信號告訴飛船“我在這里”，并且始終給追蹤飛行器提供引導(dǎo)信息（一般大的航天器叫做目標(biāo)飛行器，這個(gè)目標(biāo)飛行器跟天宮一號不一樣，我們統(tǒng)稱為目標(biāo)飛行器，而飛船可以叫做追蹤飛行器）。對接成功以后，飛船?？筷P(guān)機(jī)，轉(zhuǎn)由天宮二號組合體進(jìn)行控制飛行，它的電源也是用天宮二號的電源補(bǔ)充，另外能源系統(tǒng)、管理系統(tǒng)都是由天宮負(fù)責(zé)的。發(fā)射天宮二號是全面完成我國空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的關(guān)鍵之戰(zhàn)，將為我國后續(xù)的空間站建造和運(yùn)營奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)、積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對推進(jìn)我國載人航天事業(yè)持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

下面介紹天宮上兩艙的功能。天宮一號、二號都是由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙兩個(gè)艙組成。實(shí)驗(yàn)艙是控制艙也是航天員生活和工作的地方；資源艙為非封閉艙，為天宮提供動力和能源，進(jìn)行姿控和軌控。實(shí)驗(yàn)艙前端安裝通信設(shè)備、交會測量設(shè)備以及對接機(jī)構(gòu)（用于與飛船交會對接），上面的通信設(shè)備比較多的，包括微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、光學(xué)敏感器等等。而對接機(jī)構(gòu)采用先進(jìn)的異體同構(gòu)周邊式對接機(jī)構(gòu)，中間用一個(gè)0.8米密封轉(zhuǎn)移通道，航天員可以從飛船到天宮，也可以從天宮到飛船。實(shí)驗(yàn)艙的直徑是3.35米、長6.4米，可以保證航天員的生活和工作。它的四壁都是一些機(jī)柜和各種設(shè)備、操作臺以及睡眠的艙室，中間有一個(gè)2.2米高、1.8米寬、4米長的通道，是航天員運(yùn)動、工作、生活的場所。在飛船航天員進(jìn)入天宮之前，先要用微量有害氣體凈化裝置對艙內(nèi)的氣體進(jìn)行高效的凈化，還要用帶入的微生物裝置對空氣進(jìn)行高效過濾凈化。水汽會引起電器受潮短路，人在潮濕的環(huán)境中也不舒服，所以載人航天器還要用冷凝水收集裝置定時(shí)自動收集實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的人體呼吸、排汗等代謝產(chǎn)生的水汽。如果這些工作都做完了，航天員就可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)艙工作和生活。實(shí)驗(yàn)艙里面有專門的睡眠區(qū)、鍛煉區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)、儀表區(qū)等，有較多的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以用筆記本上網(wǎng)、聽CD和接收郵件。天宮一號的航天員只能收郵件不能發(fā)郵件，而天宮二號的航天員可以收發(fā)郵件。

天宮的資源艙和神舟號飛船推進(jìn)艙類似，為非密封艙，直徑2.25米、長3.2米，艙外安裝了一對由四塊太陽電池板組成的太陽電池翼以及一個(gè)直徑1米中繼衛(wèi)星天線。太陽電池翼展開后是18.4米，發(fā)電效率高達(dá)27%到28%，與國際先進(jìn)水平相差無幾。我想這項(xiàng)技術(shù)也可以用于地面光伏系統(tǒng)，提高發(fā)電效率，以后也可用于空間站，但那將更大，而且是柔性太陽電池板。艙內(nèi)還裝了6個(gè)控制力矩陀螺，用于姿態(tài)控制。其上的電源分系統(tǒng)的質(zhì)量比飛船減輕了40%，尾部裝了兩部490牛軌控發(fā)動機(jī)，周邊還有四臺150牛備用發(fā)動機(jī)和多臺姿控發(fā)動機(jī)。

（三）天宮二號——溫馨的“小家”

如果說天宮一號進(jìn)行了“簡裝”，那么天宮二號就進(jìn)行了“精裝修”，主要是為了保證航天員在里面能夠工作和生活得更舒適，因?yàn)檫@次航天員在里面生活時(shí)間比較長——30天，另外還要獨(dú)立飛行3天。航天專家開展了宜居環(huán)境設(shè)計(jì)，集成了內(nèi)部裝飾、艙內(nèi)活動空間規(guī)劃等宜居技術(shù)，改善了就餐、睡眠環(huán)境，增加了體育鍛煉設(shè)施和娛樂設(shè)施，改進(jìn)了內(nèi)裝飾、硬質(zhì)軟質(zhì)扶手，為航天員提供了舒適人性化的空間家居環(huán)境。這些變化可以使航天員駐留期間的生活和環(huán)境更加舒適、更加方便、更加豐富多彩。

例如，在天宮二號上首次使用可展開的多功能小平臺。航天員在這個(gè)小平臺上可以寫字、吃飯、做實(shí)驗(yàn)等，生活工作兩不誤。原來航天員在飛船里面吃飯、方便，在天宮一號里面睡覺鍛煉開展實(shí)驗(yàn)。有了小桌以后，航天員就可以在天宮二號里面吃飯。在通信方面，為航天員配置了藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音響，都是無線的。用地板代替了地毯，以前天宮一號里面鋪著地毯，覺得軟一些舒服，但據(jù)航天員反映好像地板更好一些，有腳踏實(shí)地的感覺。艙內(nèi)的燈光采用米黃色的色調(diào)，而且亮度可以手動調(diào)節(jié)，而且為每個(gè)航天員安裝了一個(gè)床前燈。在多個(gè)區(qū)域增加了不少硬質(zhì)扶手，硬質(zhì)扶手感覺比較牢靠。還引入了駐留腰帶，如果不希望飄起來，就用腰帶把自己控制起來。在鍛煉方面除了動感單車，還增加了跑臺、拉力器等等。還為航天員定制了一個(gè)“健身神器”——骨丟失對抗儀，可以防止長期飛行造成的骨丟失。當(dāng)然，多功能小平臺和跑臺都是折疊式的，用的時(shí)候打開，不用的時(shí)候就折疊起來，以免占地。通過采取設(shè)備分區(qū)安裝、增設(shè)吸能裝置、優(yōu)化消音裝置等方法，把航天員工作區(qū)和生活區(qū)噪聲降低了，控制在50分貝這個(gè)適宜的程度。為了避免夜間天宮二號飛行進(jìn)出測控區(qū)時(shí)的語音通報(bào)影響航天員的睡眠，科研人員還特意設(shè)計(jì)增加了進(jìn)出測控區(qū)語音通報(bào)使能或者禁止功能，航天員可以根據(jù)需要自行決定是否屏蔽進(jìn)出測控區(qū)的語音通報(bào)。人體最舒適的體表溫度是23℃，相對濕度在50％附近。天宮二號所攜帶的熱控系統(tǒng)，便可將密封艙的空氣溫度控制在22～24℃，相對濕度控制在45％～55％這一人體最舒適的環(huán)境。

科研人員為天宮二號漆上不同的顏色，使航天員在里面更舒適一些。四面的墻壁選擇了明亮的米白色，底部選擇了深灰色，這樣有一個(gè)天地感覺，工作臺等板面選擇了天藍(lán)色。多層次的顏色劃分，有望帶給航天員一種清爽的感覺。值得一提的是，上面刷的漆不是一般的，而是由航天專家專門打造的一種航天漆、它的首要技術(shù)指標(biāo)就是環(huán)保，不能含有任何有毒成分。因?yàn)樵谔帐е丨h(huán)境中沒有了重力，也沒有氣壓的束縛，物質(zhì)的揮發(fā)速度比在地面上要快，所以必須采用環(huán)保漆才行。為了保證航天員在航空的空氣質(zhì)量，還專門研制了環(huán)控監(jiān)測裝置，可以同時(shí)完成“太空之家”內(nèi)的二氧化碳、乙醛等20多種有害空氣的檢測。一旦發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)超過預(yù)警值的時(shí)候，就會立即報(bào)警并指示航天員按規(guī)定方法進(jìn)行處理，保障航天員的安全。

天宮一號、二號實(shí)驗(yàn)艙的外壁有特殊的防護(hù)板，具有吸收和彈射的功能，能夠抵擋空間小碎片對飛行器的撞擊，另外其自身2~3毫米厚的金屬殼體也能起到一定的防護(hù)作用。萬一出現(xiàn)5毫米的孔洞，天宮可以維護(hù)艙壓不小于70千帕約80分鐘，這樣就為航天員贏得了充足的逃生時(shí)間。如果有較大的碎片，地面將向天宮發(fā)出指令改變其軌道和速度，避開較大的碎片。