“梦天一飞，大器将成”。2022年10月31日，梦天实验舱搭乘长征五号B遥四运载火箭，在我国文昌航天发射场升空。约13个小时后，成功与天和核心舱对接。至此，中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。
梦天实验舱由工作舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱四个舱段组成，舱体全长17.88米，直径4.2米，发射质量约23吨。虽然梦天实验舱与问天实验舱同为实验舱，外观也长得很像，但“两兄弟”的能力和责任却各有侧重。问天实验舱着重用于执行生命科学实验，主要进行空间微重力条件下水稻、油菜、小麦、豌豆等农作物“从种子到种子”的全生命周期培养实验（也就是我们通常说的“太空育种”），以及探索人类长期太空生存所面临的一系列科学问题，研究多种空间环境要素下的生命生长发育等，可以被看作“生物实验室”。而梦天实验舱主要是面向微重力科学研究，并且配置了空间科学研究与应用领域的流体物理实验柜、两相系统实验柜、高温材料科学实验柜、燃烧科学实验柜、在线维修装调实验柜、高精度时频实验柜、超冷原子物理实验柜等7个方面的8个科学实验柜，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究，可以被看做“物理实验室”。
这8个实验柜中，流体物理实验柜主要用于开展流体动力学研究，研究复杂流体、胶体的在太空微重力环境下的运动变化规律；两相系统实验柜主要用于开展气液两相在太空微重力状态下的基础研究；高温材料科学实验柜主要用于研究特种材料和新型材料在微重力状态下的生长变化规律，对地面材料工艺进行相应的改良；燃烧科学实验柜主要用于研究气体、液体、固体材料以及一些新型材料在太空中的燃烧特性，揭示燃烧的基本特性，同时还用于开展双碳、节能减排方面的相关研究，改良地面工艺；在线维修装调实验柜是我国独有的实验柜，通过它，可以对在轨的其他实验柜进行维修操作，相当于一个小型工厂。
高精度时频实验柜是空间站中最复杂的实验柜。高精度时频实验系统通过舱内不同特性原子钟组合，提供精度为几十亿年至上百亿年差1秒的时钟系统（现行北斗系统时统精度为三百万年差1秒），是目前世界上在轨运行精度最高的空间时间频率系统，可以为相关精密测量物理提供研究平台，为相关工程技术应用提供高精度时频信号。该系统产生的高精度时间频率信号，利用安置于舱外的微波和激光时间频率传递载荷向地面和空间一定范围传递高精度时间频率信号，未来或将用于国防建设、长时间太空旅行、深空探测和基础物理等研究。还有一个超冷原子物理实验柜，它是我国首次在空间站内建立的超冷原子物理实验平台。它主要利用太空微重力环境优势，创造新的极端条件，获得地面无法达到的接近于绝对零度的超低温，开展玻色-爱因斯坦凝聚超冷原子物理研究。高精度时频实验柜和超冷原子物理实验柜这两个实验柜，都是至今为止世界上最高水平空间基础物理的研究平台。
梦天实验舱作为天宫“梦工场”，主要职责为开展科学实验研究，因此舱内布局与天和核心舱和问天实验舱内部完全不同。没有配置再生生保系统、睡眠区以及卫生区，而是为了方便航天员在舱内移动，在天花板和地极安装了两排扶手，并且舱室左右两侧都是上述科学实验柜和实验模块，方便航天员无缝衔接进行科学实验。在舱内配置了一台载荷转移机构，可以稳定地将货物从舱内送出舱外，或将舱外货物运至舱内。为了最大化实现舱外实验支持能力，梦天舱舱外配置有37个载荷安装工位，可为各类科学实验载荷提供机、电、信息方面的能力支持，确保它们在太空环境下开展各类实验。特别是载荷舱上配置有两块可在轨展开的暴露载荷实验平台，进一步增强了空间站的载荷支持能力。
为了满足将来更大尺寸、更大重量货物的进出舱需求，梦天实验舱的货物气闸舱上还安装了一款独一无二的方形舱门——电动外舱门。舱门采用全自动弧形滑移设计，可以为货物的进出舱提供一条宽阔的走廊，也是隔离舱内与舱外空间环境的关键设备。该新型舱门位于梦天实验舱中的气闸舱上，其开关形式由电动外舱门的控制器来控制。当货物进入气闸舱内完成出舱准备后，电动外舱门沿舱门轴线旋转约90度开启，确保货物通道完全打开，实现货物的自动出舱；在完成货物出舱任务之后，电动外舱门会自动关闭。电动外舱门不仅是我国空间站首次亮相的方形自动舱门，也是世界航天史上首次在空间站中使用电驱动自动开关的密封舱门。
此外，中国空间站上搭载的天文、地理、生物、医学等各类科学仪器将陆续工作，届时，将需要大量能源支撑。而传统的刚性、半刚性太阳电池翼因其体积、重量、功率等因素限制无法满足需求。梦天实验舱上搭载的2套大型柔性太阳翼，不仅体积小、展开面积大，而且功率重量比高，收拢后厚度只有18厘米，与一部手机长度相当，仅为刚性太阳翼的八分之一。传统刚性、半刚性太阳翼都是一次展开，而大型柔性太阳电池翼则在全世界范围内首创“二次展开”技术，这也是为了确保交会对接这一关键动作的绝对安全。在交会对接过程中，如果太阳电池翼完全展开，就如同两只手各持一面巨大的帆，即便是微小的抖动，都将会导致梦天实验舱的速度、相对位置和飞行姿态的控制精度严重下降，控制难度指数级增加。因此，在梦天实验舱发射后的独立飞行阶段，柔性太阳电池翼先展开了一部分电池板以满足实验舱能量需求，降低飞行控制难度，圆满完成交会对接后，再全面展开，建立完整的能源系统。
除此之外，梦天实验舱上专门配置了微小飞行器在轨释放机构，能够满足百公斤级微小飞行器或者多个规格立方星的在轨释放需求，解决微卫星和立方星低成本进入太空的问题。不仅如此，安装在舱外的实验装置在协助舱外科研实验的同时，还能实现巡天空间望远镜转接。巡天空间望远镜预计将于2023年后单独发射升空，是首个设置于地外空间的大型可见光天文望远镜，其视场可达到美国哈勃望远镜的300多倍，不仅能自主与空间站共轨飞行，还具备主动交会和停靠空间站的能力，需要时可与空间站主体对接，开展推进剂补加、设备维护和载荷设备升级等活动，加快我国推动对暗物质与暗能量的研究，并对天体运行规律有更深层次的了解。
中国空间站的建成绝不意味着终点。相反，这将是中国载人航天事业新的起点。目前，瑞士、波兰、德国、意大利等17个国家的科学实验项目被确定入选中国空间站，作为一个全球性开放的平台，中国空间站将成为持有合作和开放态度的人类太空新家园。
（作者系海南文昌航天发射场测控系统工程师）
责任编辑：王昆鹏
