今年4月24日是第八個“中國航天日”。我們約請中國航天科技集團有限公司第五研究院空間站系統總設計師楊宏院士撰寫科普文章，介紹中國空間站的建造和應用，為讀者提供一篇翔實、簡明、權威的“中國空間站使用說明書”。

——編??者??

中國空間站的建成，標志著我國獨立掌握了近地軌道大型航天器在軌組裝建造技術，具備了開展空間長期有人參與科學技術實（試）驗的能力，為不斷推動我國空間科學、空間技術的創新發展，為建設航天強國、提升我國在國際載人航天領域的影響力提供了重要支撐。

中國空間站完全獨立自主設計，三艙均有獨立的電源、控制、推進和測控系統，通過交會對接和在軌平面轉位完成組裝建造，與載人飛船、貨運飛船等共同構成百噸級載人空間站。

中國空間站將利用艙內外實（試）驗支持設施，持續滾動地開展各類科學實驗和技術試驗。充分發揮有人參與、實（試）驗設施和能力可升級、實（試）驗項目可迭代的優勢，不斷推動我國空間科技的創新與發展，助力空間科技成果的推廣應用與轉化，為國家經濟高質量發展和國際競爭力提升作出貢獻。

習近平總書記指出：“建造空間站、建成國家太空實驗室，是實現我國載人航天工程‘三步走’戰略的重要目標，是建設科技強國、航天強國的重要引領性工程。”2010年9月，中國載人空間站工程正式立項實施。經過全體參研參試人員11年的不懈努力，我國在2021年至2022年兩年內組織了11次發射，完成了空間站在軌組裝建造。

中國空間站的建成，標志著我國獨立掌握了近地軌道大型航天器在軌組裝建造技術，具備了開展空間長期有人參與科學技術實（試）驗的能力，為不斷推動我國空間科學、空間技術的創新發展，為建設航天強國、提升我國在國際載人航天領域的影響力提供了重要支撐。

什么是中國空間站？

中國空間站取名“天宮”，寄托了中華民族對廣袤太空的無限遐想，同時也表明中國空間站將是一個長期安全穩定運行且宜居的太空家園。

中國空間站由天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙三個基本艙段組成。天和居中，問天和夢天分別位于兩側?？臻g站設置有前向、徑向和后向3個對接口，前向對接載人飛船等來訪航天器，徑向主要對接載人飛船，后向主要對接貨運飛船。

中國空間站完全獨立自主設計，三艙均有獨立的電源、控制、推進和測控系統，通過交會對接和在軌平面轉位完成組裝建造，與載人飛船、貨運飛船等共同構成百噸級載人空間站，利用信息網絡技術融合使用各航天器功能與資源。其中，天和核心艙負責空間站的統一管理和控制；問天實驗艙開展空間科學實（試）驗，同時具有能源管理、信息管理、控制系統和載人環境等關鍵功能備份；夢天實驗艙主要開展空間科學實（試）驗；載人飛船負責航天員天地往返任務；貨運飛船負責空間站及航天員物資補給、推進劑補加以及廢棄物銷毀。

中國空間站有哪些技術特點？

我國載人航天工程按照“三步走”戰略，在充分繼承前期載人工程技術的基礎上，遵循“獨立自主、創新引領、體系保障、規模適度、留有發展空間”的設計原則，發揮新型舉國體制優勢協同攻關，突破了一大批關鍵技術，形成了具有鮮明中國特色的空間站方案。技術特點可歸納為以下六點：

獨立自主的系統一體化設計?？臻g站研制從系統任務功能和指標體系入手，整體統一設計，系統分解，使得三艙功能既有側重又協調統一，實現了組合體各艙功能和資源的高效融合，提高了整體可靠性和運行能力。在產品實現層面，系統制定統一的技術體制，使產品通用化率高于80%，各艙產品可互換、系統可重構。

同時，空間站兼容神舟載人飛船、天舟貨運飛船的技術體系，使飛船與空間站對接后構成有機整體，由天和核心艙統一管理和控制。

空間站采用了“航天器自主交會對接+艙段平面轉位”的中國式建造方案，以交會對接方式實現艙段在軌對接，自主設計了高效、可靠的艙段平面轉位方案，創新了大型航天器在軌組裝建造技術。

高效統一的空間能源技術。首次采用了大面積柔性太陽翼作為整站發電裝置，兩個實驗艙太陽翼單翼展開長度27米、面積超過110平方米，設置在組合體遠端的艙體尾部，采用雙自由度對日定向，可確保在“T”字構型組合體各種飛行姿態下，太陽翼均有良好的太陽照射條件，充分發揮其發電效能。

空間站三艙能量由核心艙統一管理，通過并網系統實現跨艙動態調配，并可為不同電壓體制的來訪航天器提供供電支持。

天地一體化空間高速信息技術?？臻g站采用天地一體化信息與測控高速傳輸技術，以我國中繼衛星系統天基測控方式為主，各艙段測控通信系統融合使用，提高天地間測控、通信和網絡互聯能力與效率。

空間站采用當代信息技術構建信息系統，各艙設備、軟件、通信協議采用通用化設計，實現了空間站各艙段及與來訪航天器間的數據、話音、圖像等多種信息的管理與共享。信息系統由天和核心艙實現統一控制，問天實驗艙作為備份。

智能靈活的空間機械臂技術。天和核心艙配置1個7自由度的大機械臂，作業半徑近10米；問天實驗艙配置1個7自由度的小機械臂，作業半徑5米。大、小機械臂既可獨立工作，也可協同工作，還可以級聯形成組合臂工作，自主完成載荷照料、輔助航天員轉移和作業等多項任務。

在三艙布置有多個機械臂目標適配器作為“腳印”，可供大、小機械臂在艙外“爬行”，大幅擴展了機械臂的活動范圍，提高了靈活性。

安全舒適的長期駐留支持技術?？臻g站的設計建造堅持以人為本的理念，一方面確保航天員在軌駐留安全舒適，另一方面注重支持航天員主觀能動性的有效發揮，充分體現人在空間站建造和運行中的獨特作用。

在空間站環境控制和生命保障方面采用物化再生生保技術，實現資源再生利用，大幅減少水資源和氧氣的上行補給量。通過再生處理，94%以上的航天員生活污水和空氣冷凝水可再次供航天員日常使用和電解制氧。后續還將采用二氧化碳與氫氣還原技術，以及生活垃圾處理與再利用技術，進一步提高物資再生循環利用水平，最大限度地減少上行補給量，降低運營成本。

空間站為航天員配置飲水就餐、個人衛生、醫學檢查與監測、在軌鍛煉等設施，提供無線WiFi通信功能。引入地面智能家居和物聯網技術，航天員可通過智能終端實現天地雙向視頻、智能家居管理、報警管理、醫學監測以及物資管理，提高航天員生活質量、工作效率以及對整站狀態的智能化管理能力。

高效能的空間應用保障能力。空間站支持開展多學科領域的空間科學實（試）驗，以標準化資源為主、專用化資源為輔，為應用載荷提供機、電、熱和信息接口，支持應用載荷在軌輪換更替開展實（試）驗。

密封艙內為載荷提供25個實驗機柜空間，可在軌更換、滾動使用。問天實驗艙和夢天實驗艙艙外共提供67個通用載荷適配器，分布在艙外不同部位，為開展艙外載荷實（試）驗創造了有利條件。夢天實驗艙配置了貨物氣閘艙，可與機械臂協同完成艙外載荷自動進出艙，極大地提高了工作效率。

空間站為載荷提供不小于12千瓦的供電功率，不小于每秒1100兆字節的數據下行能力以及每秒萬兆字節的艙間數據傳輸速度，可支持艙間載荷數據協同處理。

中國空間站將發揮哪些作用？

中國空間站完成三艙組裝建造后，將成為有人參與的科學探索與技術創新的國家太空實驗室。中國空間站的應用前景主要在以下4個方面：

科學實驗與技術試驗。中國空間站將利用艙內外實（試）驗支持設施，持續滾動地開展各類科學實驗和技術試驗，研究方向包括航天醫學、空間生命科學與生物技術、空間天文與天體物理學、空間材料科學、微重力基礎物理與燃燒科學、空間地球科學及應用、空間環境與空間物理、航天新技術等，在軌可充分發揮有人參與、實（試）驗設施和能力可升級、實（試）驗項目可迭代的優勢，不斷推動我國空間科技的創新與發展，助力空間科技成果的推廣應用與轉化，為國家經濟高質量發展和國際競爭力提升作出貢獻。

當前中國空間站已在軌開展了航天醫學、物理、生物、材料、天文等方面實（試）驗，在國際上首次完成了水稻“從種子到種子”全生命周期空間培養實驗，完成了我國首次斯特林熱電轉換技術在軌試驗，熱電轉換效率等綜合技術指標達到國際先進水平。

作為“太空母港”提供在軌服務。中國空間站創造了長期共軌飛行、短期停靠服務的“太空母港”運行模式，可作為近地軌道在軌服務平臺，開展在軌服務。后續將發射巡天空間望遠鏡與空間站共軌飛行。巡天空間望遠鏡是我國首個大口徑、大視場空間天文望遠鏡，長期與空間站共軌飛行，短期對接?？?，進行推進劑補加，由航天員進行設施維護等。未來將有更多共軌航天器與空間站伴飛并作短期?？?。

在軌升級和擴展建造?？臻g站具備良好的艙段擴展和應用支持擴展能力，在現有三艙構型基礎上，前向對接口預留了擴展接口，具備擴展為四艙、最大為六艙組合體的能力，可支持180噸級組合體在軌飛行。

采用了維修性設計，設備可在軌更換維護，在線升級軟件，持續提升空間站技術水平和對科學技術實（試）驗的支持能力。

國際合作。本著“和平利用、平等互利、共同發展”的原則，中國空間站致力于成為對外開放的科技合作交流平臺，為各國提供科學技術實（試）驗機會，為各國航天員和載荷專家提供在軌飛行機會。

目前，已確定的來自17個國家、23個實體的9個項目，將從今年開始陸續進入空間站開展實（試）驗，項目涉及空間天文學、微重力流體物理與燃燒科學、地球科學、應用新技術、空間生命科學與生物技術等。

探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。中國載人航天工程始終遵循“三步走”戰略，走出了一條符合我國國情的跨越式發展道路。未來中國空間站將作為國家太空實驗室長期在軌運行，我們將管好、用好、發展好空間站，持續開展科學技術研究和在軌服務，持續推動科技創新和應用成果產出，著力服務國家戰略、國計民生和經濟社會發展，使載人航天發揮更大的科學價值和經濟價值。同時，我們要把中國空間站打造成面向國際社會的科技合作交流平臺，以開放共享的姿態，為人類和平探索和利用太空貢獻中國力量。

（作者為中國工程院院士、中國航天科技集團有限公司第五研究院空間站系統總設計師）