中国空间站2023：应用与发展

2024-02-27刘泽康北京空间科技信息研究所

国际太空 2024年1期

刘泽康（北京空间科技信息研究所）

2023 年是属于中国载人航天工程全新出发的一年，伴随着空间站全面建成、进入应用与发展新阶段，工程第三步任务目标圆满完成。上行的多项空间应用项目有序展开、成果频现。工程在应用与发展阶段开局之年，圆满完成了计划的各项任务，创造了多个“首次”——第三批航天员首次执行飞行任务、首次中国空间站慢直播，并且开展了多项“国内领先、国际先进”的科学实（试）验……不负习近平总书记对工程“不断开创载人航天事业发展新局面，使中国人探索太空的脚步迈得更大更远”的谆谆嘱托。

1 飞行任务有序开展，见证工程不断创新突破

载人飞行任务常态化实施

在空间站应用与发展阶段，工程已经历了神舟十五号、神舟十六号和神舟十七号三次载人飞行任务（见图1）。随着空间站任务常态化实施，工程基本保持了每年进行两次乘组轮换，在确保空间站安全稳定运行的基础上，由航天员开展常态化在轨工作：一是驾乘载人飞船交会对接和返回，辅助货运飞船、巡天望远镜等来访飞行器对接和撤离，确保人员物资正常轮换补给；二是对空间站组合体平台的照料，包括飞行器状态设置、在轨物资管理、平台设备维护巡检、舱内外设备安装、载荷进出舱等工作，确保空间站平台安全稳定运行；三是乘组自身健康管理，包括健康状态监测、在轨锻炼训练等，确保航天员在轨健康工作生活；四是进行在轨实（试）验，利用空间站舱内外应用设施开展大规模科学研究与应用，确保发挥空间站应用效益；五是开展科普及公益活动，包括天宫课堂授课、公益视频拍摄等，最大化发挥空间站综合效益；六是进行异常情况处置，包括在轨故障的应急处置，对故障设备进行在轨维修更换，必要时通过出舱活动进行舱外维修作业，确保空间站能够长期稳定运行。

图1 神舟十六、十七乘组在轨交接

货运飞行任务频率调整

不同于之前的每年两次货运飞船任务，2023 年度工程仅执行了一次，即天舟六号货运飞船任务（见图2）。货运飞船发射频率从一年两艘调整为两年三艘。首先，由于货运飞船运载能力提升，以往的货运飞船是采用标准型货物舱，从天舟六号开始，采用的是改进型货物舱，装载空间增加约24%，装载质量提高约22%；其次，由于工程已建立天地联动的物资信息系统，做到了精准补货。依托工程科研人员研发的物资设计寿命和设计使用模型，以及建造阶段任务在轨数据的累积，模型越来越精确，可对后续需求进行精准预估，做到缺什么就补什么，不少带也不多带，补给效能不断提升，后续货运飞船的发射频次还有可能进一步降低。

图2 天舟六号货运飞船发射任务

除发射频率的调整，在空间站应用与发展阶段，货运飞船系统将全密封货运飞船拓展为标准型（8 个贮箱）和改进型（4 个贮箱）两种状态，根据空间站补加推进剂上行需求选用。天舟六号货运飞船为改进型全密封4 个贮箱状态，以天舟五号为基线进行了改进，将原非密封的后锥段更改为密封舱，以扩大密封舱装载空间，提高密封舱货物上行能力；取消了一层贮箱，原后锥段舱内设备调整至推进舱。改进后，整船物资装载能力提高至7.4t，上行载货比提高至0.53。货物舱密封舱装载空间增加了4.4m3，装载能力增加了1.2t。在货运飞船与空间站对接后，航天员可以直接进入货运飞船后锥段密封舱，更便于航天员从货运飞船中取货。

2 综合效益全面提升，“应用”与“发展”成为关键

在轨实（试）验成果频出

空间站已安排在轨实施了超过110 个空间科学研究与应用项目，涉及空间生命科学与人体研究、微重力物理和空间新技术领域，获得大量原始数据，下行了数百个实验样品，部分项目已取得阶段性应用成果。

在空间生命科学领域，实现了水稻“从种子到种子”的全寿命周期培养，在功能基因调控方面的发现有望促进地面新品种水稻株系培育和高产增收。在人体研究领域（航天医学实验领域），开展了长期航天飞行条件下失重、辐射等复合因素对航天员健康、行为与能力的影响等原创性机理探索和应用基础研究，在人体心血管、骨骼等方面获得了航天医学新发现，创新突破了航天员健康维护新方法和新技术。在空间材料科学领域，首次获得壳/核结构组织相分离合金材料，有望为航空航天、核电等行业有关相分离核心材料研发提供理论和技术支撑。在空间新技术领域，空间高效自由活塞斯特林热电转换试验相关效率指标达到国际先进水平，为未来载人月球探测与深空探测任务积累了技术基础。

此外，面向社会公开征集的“天舟”系列货运飞船搭载项目已有11 项通过天舟四号至天舟六号货船上行至空间站，这些在轨试验整体进展顺利，取得了预期效果。其中，空间站双光子显微镜项目开展在轨实验并取得成功，这是首次在航天飞行过程中获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康监测提供了全新工具。

进入应用与发展阶段，空间站作为国家太空实验室，将持续开展空间科学研究与应用。展望未来，中国空间站有望获取一系列重大科学发现和一大批创新科技成果，必将在全面建成社会主义现代化强国的征程上作出更大贡献。

科普教育活动影响深远

2023 年2 月，工程办公室面向全社会举办了“逐梦寰宇问苍穹—中国载人航天工程三十年成就展”，首次面向社会公众全面系统展示中国载人航天工程三十年发展历程和建设成就，向全民尤其是青少年普及载人航天知识，弘扬载人航天精神，厚植爱国情怀。

4 月24 日，正值第八个“中国航天日”，工程办公室开展了“天空之镜”中国空间站首次慢直播，以及“日出东方、逐梦寰宇”载人航天精神暨全民国防教育活动等，进一步发挥工程综合效益，带动公众进一步深入了解载人航天，参与支持载人航天。

9 月21 日，中国空间站第四次太空授课活动取得圆满成功，新晋“太空教师”景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来了一节精彩的太空科普课，这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课。在约48min 的授课中，神舟十六号航天员乘组生动展示介绍了空间站梦天实验舱工作生活场景，演示了球形火焰、奇妙“乒乓球”、动量守恒和又见陀螺等四项新的实验，并生动讲解了实验背后的科学原理，为我国科普教育作出重要贡献。

11 月26 日，中国载人航天工程代表团时隔11年又一次对我国香港、澳门地区进行访问，这也是工程进入空间站时代首次赴港澳交流互动。这次活动同时还面向港澳地区全体民众开展工程三十年成就展，展现工程发展所取得的成就，带动港澳同胞更多、更深入地参与国家载人航天事业发展之中。

此外，工程办公室全年开展了2023 及2024 年度载人航天飞行任务标识征集、“神舟”系列载人飞船航天育种实验项目征集、载人月球探测工程月面科学载荷方案征集、载人月球车研制方案征集、载人月球探测任务新飞行器名称征集、中国空间站低成本货物运输系统总体方案征集等多项活动。充分展现了工程为吸纳社会优质力量，进一步提升工程效益的有益探索。

3 航天员队伍新老传承，为探索太空注入全新活力

新类型航天员登上舞台

神舟十六号任务飞行乘组首次包含了3 个航天员类型，其中指令长景海鹏为航天驾驶员，朱杨柱为航天飞行工程师，桂海潮为载荷专家。作为首批执行空间站应用与发展阶段载人飞行任务的航天员乘组，3 名航天员在轨驻留154 天，期间进行了一次出舱活动和中国空间站第四次太空授课活动，配合完成空间站多次货物出舱任务，为空间站任务常态化实施奠定了基础。本次任务也见证了中国第三批航天员首次执行飞行任务，航天飞行工程师与载荷专家从此登上中国载人航天的舞台。

第四批预备航天员选拔即将完成

我国第四批预备航天员选拔工作已于2022 年全面启动，按照初选、复选、定选三个阶段组织实施，计划选拔12～14 名预备航天员，包括航天驾驶员、航天飞行工程师、载荷专家三类，并首次在港澳地区选拔载荷专家。2023 年3 月，第四批预备航天员选拔完成了初选阶段选拔工作，共有一百多名候选对象进入复选阶段。2023 年8 月，完成了复选阶段选拔工作，共有20 余名候选对象进入最后定选阶段。其中，航天驾驶员覆盖陆、海、空三军现役飞行员；航天飞行工程师和载荷专家主要来自有关工业部门、高校和科研机构，特别是有数名分别来自香港、澳门的候选对象进入到载荷专家选拔的最后环节，计划2023 年底前完成全部选拔工作。

4 后续计划有条不紊，以中国速度实现中国方案

空间站规模逐步扩大

后续，我国将发射与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜，开展广域巡天观测，进行前沿科学研究。此外，新一代具备可重复使用技术的载人运载火箭和载人飞船也正在研制中（见图3），采用模块化设计，由返回舱和服务舱组成。主要用于我国载人月球探测任务，兼顾近地空间站运营，具有高安全、高可靠、多任务支持、可重复使用的特点，登月任务可搭载3名航天员往返地面与环月轨道，近地轨道飞行任务可搭载7 名航天员往返地面与空间站。

工程还将适时发射扩展舱段，将空间站基本构型由“T”字型升级为“十”字型。计划中的扩展舱段将上行多个领域的空间科学实验机柜和舱外实验装置，扩大应用规模，满足空间科学研究与应用新需求，同时也将升级航天员在轨防护锻炼、饮食、卫生等设施设备，提高航天员在轨工作、生活和健康保障水平。目前，该项目正在进行方案阶段研制工作。

载人登月稳步推进

在神舟十六号载人飞行任务新闻发布会上，中国载人航天工程新闻发言人表示，中国载人月球探测工程登月阶段任务已启动实施，总的目标是“2030年前实现中国人首次登陆月球，开展月球科学考察及相关技术试验，突破掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术，完成‘登、巡、采、研、回’等多重任务，形成独立自主的载人月球探测能力，将推动载人航天技术由近地走向深空的跨越式发展，深化人类对月球和太阳系起源与演化的认识，为月球科学的发展贡献中国智慧”；在前期关键技术攻关及方案论证的基础上，已全面启动部署研制建设工作，包括研制新一代载人运载火箭（长征十号）、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服等飞行产品，新建发射场相关测试发射设施设备等，确保如期实现中国人登陆月球的目标。空间站内开展的包括生命生态、空间微重力物理等领域的一系列空间科学实（试）验，对保证航天员在轨长期健康驻留、推进实施载人登月计划等具有积极意义。