2022腾讯科学WE大会
11月6日，腾讯科学WE大会即将迎来十周年。今年大会特邀韦布空间望远镜高级科学家约翰·马瑟、DNA修复之父托马斯·林达尔两位诺奖得主，铸就“国之重器”的4位科学家——“人造太阳”项目负责人、中国工程院院士李建刚，中国工程院院士、航天科技集团五院空间站系统总设计师杨宏，中国天眼（FAST）总工程师姜鹏，“奋斗者号”总设计师叶聪，以及重新定义“从鱼到人”演化史的古生物学家、中国科学院院士朱敏登上舞台，分享在未来能源、空海探索、生命科学等领域的最新发现。
撰文｜周炳红、郑永春、枫叶
“人造太阳”、中国天眼、天宫空间站科学实验舱、“奋斗者”号等大科学装置，是为人类探索自然奥秘、发现自然规律、促进技术变革，提供极限研究手段的大型、复杂的科学研究系统。二十大报告提出，科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。所以，这些大科学装置既是“大国重器”，也是推动人类前沿科技突破的重要载体。

习近平总书记在贺电中指出，建造空间站、建成国家太空实验室，是实现我国载人航天工程“三步走”战略的重要目标，是建设科技强国、航天强国的重要引领性工程。2022年10月31日15时37分，搭乘中国空间站梦天实验舱的长征五号B运载火箭在文昌航天发射场顺利升空。“梦天”一飞冲天，承载着中国航天人接续奋斗30年的飞天梦，承载着中国人在太空拥有自己空间站之梦，更承载着中国航天向着星辰大海继续进发的航天强国之梦。
今年的WE大会，我们邀请到杨宏院士为大家分享中国空间站的故事。杨宏，中国工程院院士、航天科技集团五院空间站系统总设计师、载人航天工程管理和电子信息技术专家，我国载人空间飞行器技术专家和学术带头人。1992年进入航天科技集团五院总体部从事飞船总体设计工作，历任载人飞船总体室副主任、总体副主任设计师、载人飞船副总设计师、天宫一号总设计师，现为中国空间站系统总设计师。
“浩瀚太空是资源丰富的宝库，载人航天事业是通向这座宝库的桥梁”。杨宏院士讲述了中国空间站“天宫”近十年密集发射、攻克系列关键技术的发展之路。10月31日，梦天实验舱顺利入轨，与天和核心舱、问天实验舱、神舟十四号载人飞船、天舟四号货运飞船成功合体，“天宫”由此完成“T字构型”组建。“独创的三舱构型可以整合重构多舱段、多航天器的系统，大幅提升整体运行的可靠性，也为后续扩展打下基础。”杨宏表示，“中国空间站是开放型的太空实验室，欢迎全球科学家在此开展生物学、基础物理等领域的科学实验，共同开发空间资源，为增进人类福祉做出贡献。”中国空间站取得了多方面的核心技术突破，将为航天员在太空中持久生存、走向更远的深空，甚至登陆火星奠定基础。
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大型空间设施建造和组装技术
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中国载人航天工程分为“三步走”分步实施，而中国空间站的建造同样分为三个阶段：空间站关键技术验证阶段、空间站组装建造阶段、空间站运营阶段。
在空间站关键技术验证阶段，发射了天和核心舱、载人飞船和货运飞船，验证和评估了推进剂补加、机械臂、在轨组装建造、航天员出舱活动等关键技术，考核了空间站核心舱功能和长期驻留功能。

在空间站组装建造阶段，分别发射了问天实验舱和梦天实验舱，与核心舱交会对接并完成转位，在轨组装完成了中国空间站“T”字基本构型，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。
在这一阶段，验证了航天器在轨快速交会对接和撤离返回、自动任务规划、复杂构型航天器精密定轨和预报等飞控技术，突破了机械臂辅助舱段转位技术、大型组合体控制等一系列技术。机械臂在航天员出舱、转位货运飞船、实验舱以及舱外状态巡检等多项关键任务中，发挥了重要作用，其关节运动能力、末端定位精度等指标均满足设计要求，机械臂操作负载表现出的刚度特性，验证了机械臂执行大负载转移任务的能力。在此基础上，可以利用机械臂操作能力，以及配置三维打印等手段，支持在轨制造、大型设备在轨安装和空间设施在轨建造。

在空间站运营阶段，中国空间站还将作为“太空母港”，为多个载人航天器提供停靠和服务，为后续发射的巡天空间望远镜提供停靠、推进剂补给、设备维护维修服务，充分发挥人在太空的优势，拓展空间站和航天员对高价值空间设施实施在轨服务的领域。
此外，中国空间站具备了舱段扩展、能源扩展、舱外实验扩展等能力，还可以在现在“T”字基本构型的基础上，扩展为“干”字构型。舱段扩展时，可以发射一个带有节点舱的新舱段，利用增加的对接口，再进行舱段扩展，最大可实现180吨级组合体在轨飞行。组合体建造期间，首先将受遮挡的核心舱太阳电池翼，转移安装在问天实验舱和梦天实验舱的尾部桁架上，实现能源的拓展，按需“变形”。这种扩展能力为中国空间站运营阶段的空间科学和技术的新需求，预留了发展空间，也为开展国际合作，进一步提高空间站应用效益提供了舞台，体现了我国大型空间设施建造和组装技术的最新突破。
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航天员长期太空生存和保障技术
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在空间站建造过程中，全面验证和突破了航天员长期在轨驻留的生活和工作保障技术、再生式环境控制和生命保障技术等，可满足航天员在轨的物质代谢需求，实现了舱内氧气再生、二氧化碳等人体代谢产物的处理和有害气体的去除，并实现水资源的循环利用，大大降低了氧气、水等消耗品的上行携带量。
航天员驻留的安全性和舒适性大幅提高。空间站配置有主动温控流体回路，也就是空调系统，保证空气温度、湿度和仪器设备的作温度在适宜范围内，确保航天员驻留的舒适性。空间站的工作生活区域达110立方米，配置有饮水、就餐、排泄物和生活垃圾收集处理、医学检查与监测、在轨锻炼等设施，采用了更可靠、自动化程度高的显示、照明、报警和天地通信设施。通过采用降噪与隔音设计，降低了舱内噪音，为航天员提供了舒适、便利的生活环境。这些设施和空间的拓展，以及航天员长期太空生存和保障技术的进步，成功保障了3名航天员同时在太空生存6个月的目标顺利实现。此外，空间站还验证了2名航天员同时出舱的能力，充分体现了中国航天技术的长足进步。
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太空实验室推动空间科学突破
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空间科学实验，对人类未来如何在太空长期生存至关重要。梦天实验舱成功发射，中国空间站完成“T”字基本构型，开启了运行国家太空实验室的新阶段。中国空间站共有20多个科学实验柜，国内外科学家将利用中国空间站站得高望得远的位置优势、长期微重力的环境优势，充分利用太空中的高真空、强辐射环境，开展物理、材料、化学、天文、对地观测、生命科学等多学科交叉研究，计划开展超过1000项空间科学实验研究，预期取得多项前沿科学突破，推动基础科学进步。随着国际空间站设施逐渐老化并进入延寿阶段，中国空间站将成为人类和平利用太空，开展太空国际合作的重要载体。
问天实验舱和梦天实验舱主要开展的研究领域不同。问天实验舱主要是面向空间生命科学研究，支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的生长、发育、遗传、衰老等响应机理研究；而梦天实验舱主要面向微重力科学研究。空间站还配有离心机、温度低至零下80摄氏度的冷却室、高温炉、多个激光器和光学原子钟。位于空间站外部的实验设施将用于研究宇宙辐射对植物和微生物产生的影响规律。这些实验可以用于研究长期太空生活对航天员健康的影响，提高航天员在太空的长期生存能力，还可以用于改善我们的地面生活。
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中国空间站的科技自立自强之路
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中国航天人攻坚克难，在钱学森等老一辈科研工作者的艰苦奋斗下，1970年4月东方红一号卫星成功发射，中国成为世界上第五个自主发射卫星的国家。
2003年10月，杨利伟搭乘神舟五号飞船成功首飞，成为第一位进入太空的中国人。从这一天起，在浩渺宇宙飘动的旗帜中开始有了五星红旗，“飞天”已从敦煌壁画中走出。
杨宏院士于1992年加入载人航天队伍，30年来，他参与并见证了中国载人航天事业从从无人到载人，从一人到多人，从太空行走到交会对接，从空间实验室到天宫空间站的非凡历程。担任神舟六号飞船副总设计师时，他将务实、稳健、细致的工作作风发挥到极致，13个分系统、643台设备、40万条语句、82个软件、10万多只元器件无一差错。
2011年，天宫一号目标飞行器发射成功。作为天宫一号总设计师的杨宏，又将担任中国空间站系统总设计师。他和团队认真思考：如何实现从“空间实验室”到“载人空间站”的迭代和升级？
中国空间站（图源：中国载人航天官网）
杨宏带领团队，坚持独立自主，提前10年布局，提出元器件自主可控方案。一些关键的元器件和原材料，比如高端的宇航级高速处理芯片，在项目启动之初就提前布局，立足于我国的力量进行自主研发。他组织8类核心元器件国产化攻关，实行单舱56只元器件国产化，彻底打破技术封锁。另外，他还为空间站大型组装、多舱段和航天器融合管理等难题提出“中国式”解决方案，带领团队登上一座又一座科技高峰。
此外，中国空间站的许多关键技术，比如，大型太阳能电池技术、再生生保技术（对水等消耗性资源的循环利用）以及活动范围更大的机械臂，都具有完全自主知识产权，形成了中国特色的空间站方案。
不过，许多人也注意到，中国空间站的重量比国际空间站轻，体积也更小。对此，杨宏院士表示，“我们跟国际空间站不比规模，而是要比效益。”空间站的目的是支持大规模的空间科学实验和技术实验，而中国空间站中科学实验设备的重量与整站重量的占比，相对更优。此外，我们还尽可能地压缩空间站平台的功率，最大限度支持科学实验用电。中国空间站基本型规模约为国际空间站的1/4，科研实验机柜及其他试验平台规模体现的在轨科研能力却有望与之比肩，后续拓展建造后更将实现全面反超。
由于近年来技术发展，中国空间站的建造周期，相比国际空间站来说将大为缩短。“通过汲取之前国外空间站的经验和教训，我们可以最大限度降低组装、建造和运营的成本，最大程度地支持科学实验。”杨宏院士说。
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为人类走向深空奠定坚实基础
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中国空间站命名“天宫”，是一个长期在近地轨道运行的太空实验室。天宫这一中国古代神话中极具韵味的名字，不仅蕴含了航天员在太空工作生活舒适的愿望，更寄托了中国人遨游太空的浪漫情怀和不懈探索的科学精神。空间站是人类走出地球、太空长期生存的第一步。天宫空间站实现了大型空间设施建造和组装技术、航天员长期太空生存和保障技术、太空长期微重力、辐射条件实验技术突破，为航天员在太空持久生存、走向更远的深空，甚至登陆火星，奠定了坚实的技术基础。
参考文章
1.天宫空间站——太空闪耀中国智慧，包为民，人民日报2021年9月28日  
2.硕果累累！中国空间站实现多项技术突破，央视新闻客户端，2022年11月4日
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