“天宫一号”航天员在太空的温馨家园

+ 文:孙宏金/陈立

在距离地球约370千米的近圆轨道，我国自主研制的天宫一号目标飞行器已在长期运行管理模式下运行了二百多天，并且在首次载人交会对接任务中为航天员营造出温馨家园。

天宫一号目标飞行器是由中国航天科技集团公司五院和八院共同研制的，它高10.4米、重8.5吨，分为实验舱和资源舱，舱体的最大直径达3.35米。与之前的载人航天器相比，“天宫一号”为航天员提供的可活动空间大大拓展， 15立方米的空间能够同时满足三名航天员的工作和生活需要。

巧设计，为航天员提供适宜大空间

“天宫一号”飞行的主要任务是为实施空间交会对接试验提供目标飞行器，初步建立长期无人在轨飞行、短期有人照料的载人空间试验平台，为空间站研制积累经验，进行空间科学实验、航天医学实验和空间技术试验。由于神舟飞船作为航天员进入空间的一个运输工具，只需要提供短时间的生活保障和必要的生活空间就可以了，而天宫一号是长寿命的航天器，是为航天员提供一个空间驻留环境。而这个环境的好坏，将直接影响到航天员工作任务的完成。

当天宫一号目标飞行器与神舟飞船在太空中交会对接后，目标飞行器就是航天员在太空中的新家。航天员在茫茫太空飞行，远离家人和地球，如何保证他们的身心健康，使他们在一个只有15立方米的狭小空间里愉快地生活和工作，这是设计实验舱的科研人员经常考虑的问题。

在目标飞行器设计中，科技人员除了保证目标飞行器实现预计驻留能力，另一方面就是最大限度地关注细节，努力让航天员住得更舒服。所以，“天宫一号” 实验舱在设计中充分体现了以人为本的设计理念，进行了大量人性化的设计。为了给航天员在太空中的工作和生活提供一个适宜的环境，科技人员付出了大量的心血，使舱内的环境得到了很大改善。

通过优化设计，“天宫一号”中可供航天员工作、生活的空间比国外的空间站都要大。可以讲，它是到目前为止能为航天员提供生活、工作空间最大的飞行器，其舒适程度也比神舟系列飞船要好许多。

航天员在“天宫一号”组合体飞行期间，要借助舱内设置的各种仪表，来观察掌握“天宫一号”和飞船当前的飞行状态。在设计目标飞行器仪表的过程中，技术人员独具匠心，不仅充分考虑到仪表的功能，甚至连仪表安装的位置、形状、大小，仪表盘的颜色等等诸多细节都考虑到了，功能优化、方便使用、便于观察、感觉舒适是他们努力达到的目标。

为了减轻航天员的工作量，科技人员还设计了各种自动化预警装置。因此，“天宫一号”的仪表如果组合体发生异常情况，在航天员还没有注意到的情况下就会提前自动进行报警，使他们及时发现和处置。

“天宫一号” 的报警方式有声音和光线变化等多种形式。更能体现科技人员细心的是，报警的时候用什么声调、声音的高低、光线的大小强度都是经过反复斟酌、对比和多次试验才最后定下来的。

人性化，确保航天员好心情

在航天员太空新家园里，科技人员为了使航天员生活得更加舒适，更是处处体现出人性化设计。

为了最大限度地减小舱内噪音、灯光等对航天员睡眠的影响，保证航天员有充足的睡眠和旺盛的精力，“天宫一号”专门设计了航天员独立的睡眠区。这个睡眠区设计了两个“房间”，以保证航天员在太空里也能睡上单间。两个“房间”的设计是充分考虑到“天宫一号”在轨运行期间， 三名航天员中总要留下一个人来值班，因此，两个“单间”足够了。睡袋是航天员在轨道上睡觉的“被子”。在“天宫一号”里，为使航天员睡得舒服，技术人员专门设置了三个睡袋，航天员在睡觉的时候有各自的专用寝具，每个卧室还装有电话，便于航天员们互相联系。考虑到每个航天员的生活习惯不同，技术人员在“卧室”灯光的设计中采用了可调节式的照明方案，航天员喜欢何种亮度，完全由他们自己随意进行调节。

女航天员要到空间站工作怎么办？技术人员也考虑到了。在组合体里，除了为她们预备了单独的床铺和被子以外，还针对女航天员的生理特点和生活需要进行了特殊关照。

长期太空飞行，娱乐活动对于保证航天员稳定的情绪和乐观的心态非常重要。为保证航天员的娱乐，“天宫一号”里专门给航天员提供了用来娱乐的笔记本电脑，航天员在工作之余可以上网、发微博和看CD大片，还可以播放自己喜欢的歌曲和音乐，或者进行其他娱乐活动。

在组合体里，由于活动部件、电子部件等各种设备日夜不停地在工作，必然会发出各种声音。为最大限度地减轻噪声对航天员的影响，科技人员在噪声的控制方面也动了不少心思。在“天宫一号”设计阶段，科技人员就制定了严格的生活区和仪器区噪声控制指标，把噪声的控制作为一项指标专门列出来，通过技术攻关加以解决。为检验噪声控制的效果，科技人员还待在舱内亲身体验，查找噪声到底是从什么地方出来的，一个环节一个环节地查，一项一项来解决。这些主动控制噪声的措施，最大限度地把噪声控制在了最小的指标。

为保证航天员与爱人、孩子说悄悄话的私密性，在“天宫一号”里，技术人员设置了专门的“密室”。在这个“密室”里，航天员与家人说什么悄悄话别人是没法“偷听”的。另外，为保证航天员与控制中心和家人通话的亲切感，“天宫一号”首次实现了与地面双向的可视通话，对话双方的言谈举止、音容笑貌通过屏幕一目了然，极大地增加了亲切感。

对于如何保证舱内大气环境的清新，技术人员也动了不少脑筋。针对空间实验室处于长期无人、短期有人照料的状态，科技人员在目标飞行器研制之初，就在设计上加强了对有害有毒气体的控制。他们尽量选择那些结构稳定、经过太空飞行考验的优质材料，如果选用新型材料则必须经过充分的地面试验。同时，舱内还设计了相应的监测和净化装置及措施。这些措施，确保航天员在太空家园里也能享受无毒无害的春天般清新空气。多次的试验验证，目标飞行器的舱内空气质量完全满足航天员在里边生活的要求，达到了绿色环保标准和航天医学标准。

在目标飞行器里长期生活，如果舱内一旦出现起火或者压力消失之类的险情怎么办？这可不是故弄玄虚，当年苏联和平号空间站就曾经发生过火灾。在“天宫一号”设计时，科技人员早已想到各种可能发生的灾难。他们结合“天宫一号”长期无人、短期有人照料的特点，设想了各种应急状态下确保航天员安全的措施，这些预案既包括险情发生后怎样紧急处置，还包括航天员怎样安全紧急撤离。

资源舱，让“天宫一号”飞得更久更稳

如果把“天宫一号”比作天上飞的鸟儿，那么飞行器要像鸟儿那样有力气飞遍千山万水并在空中变换各种飞翔姿势，就得靠资源舱了。

“资源舱的主要任务是为‘天宫一号’的飞行提供能源保障，并控制飞行姿态。‘天宫一号’电源分系统的所有设备（太阳能电池翼）都在资源舱内，再加上舱内储藏的燃料，这些都将为飞行器提供能量。”负责资源舱总装的副主任设计师孙小珠介绍说。

最为关键的是，“天宫一号”的导航与制导系统中6个控制力矩陀螺也在资源舱内，它们正是用来对 “天宫一号”进行精确姿态控制的关键。这些力矩陀螺每个也就如同装A4纸的箱子那么大，但却重达50多千克，每个陀螺的安装精度都达到了4分。专家解释，4分即十五分之一度，也就是0.0667度。

中国航天科技集团八院在2000年左右就开始对研制资源舱进行方案论证，2006年底开始初样研制工作。除了高精度安装6个沉重的力矩陀螺外，研制人员在舱段的结构部分采用铝—锂合金材料代替传统材料，如此为资源舱成功减重10%以上。资源舱加满燃料后重约1.4吨，它可以保证“天宫一号” 在轨运行2年，直至顺利完成预定任务。