文/天宇

5 月8 日13 時49 分，在軌飛行2 天19 小時后，我國新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域成功著陸，試驗(yàn)取得圓滿成功。

自神舟一號飛行任務(wù)開始，為充分發(fā)揮任務(wù)效益，中國載人航天工程辦公室在每次飛行試驗(yàn)任務(wù)中，都安排了試驗(yàn)類搭載項(xiàng)目，此次的試驗(yàn)船也搭載了不少“乘客”，開展了新技術(shù)、新產(chǎn)品在軌驗(yàn)證和一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)，取得了豐碩成果。

▲ 試驗(yàn)船艙內(nèi)情況

“高速局域網(wǎng)”打造智能航天器信息體系

“時間觸發(fā)以太網(wǎng)星載原型系統(tǒng)”試驗(yàn)任務(wù)，是指科研人員此次在試驗(yàn)船上搭建的一個高速局域網(wǎng)，將各個系統(tǒng)聯(lián)通了起來。依靠這個網(wǎng)絡(luò)，未來的航天員將在“太空之家”中享受智能家居一樣的服務(wù)。

試驗(yàn)船在軌飛行期間，“時間觸發(fā)以太網(wǎng)系統(tǒng)”完成了時鐘同步、多源數(shù)據(jù)采樣、高清圖像傳輸?shù)裙δ茯?yàn)證，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的高速傳輸。此次試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果滿足任務(wù)預(yù)期指標(biāo)，從速率上看已經(jīng)達(dá)到千兆網(wǎng)水平，相對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)總線性能提升了1000 倍。這是我國首次開展該技術(shù)的空間試驗(yàn)，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域具有核心技術(shù)能力。

“時間觸發(fā)以太網(wǎng)系統(tǒng)”在未來將主要用于大型復(fù)雜航天器中，相當(dāng)于建立了一套高速局域網(wǎng)。如果在空間站當(dāng)中使用這套高速局域網(wǎng)，只需一個平板電腦就可以控制所有的家電，從而形成類似智能家居的智能航天器信息體系。

到時候航天員只帶一個平板電腦上去，就可以對整個飛船上所有的設(shè)備進(jìn)行一體化的控制，將極大減輕人員和系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力。

空間液體潤滑材料摩擦學(xué)行為研究實(shí)驗(yàn)

機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的構(gòu)件在相對運(yùn)動中會發(fā)生摩擦并產(chǎn)生磨損，形成稱為“磨屑”的摩擦產(chǎn)物，這些磨屑常堆積于運(yùn)動部位附近并可能會對周邊表面產(chǎn)生污染。這一現(xiàn)象在衛(wèi)星、飛船及空間站中同樣也不能避免。為了降低運(yùn)動零件的磨損，延長運(yùn)動零件的使用壽命，通常需要對運(yùn)動零件摩擦表面加注潤滑油、潤滑脂或固體潤滑劑進(jìn)行潤滑。

此次試驗(yàn)船上搭載的“材料摩擦行為實(shí)驗(yàn)裝置”，就是以我國空間站運(yùn)動機(jī)構(gòu)所使用的液體和固液復(fù)合潤滑材料為研究對象，在軌驗(yàn)證了其在微重力環(huán)境下對不同表面的潤濕行為，以及在摩擦化學(xué)作用下形成摩擦產(chǎn)物的爬行、遷移規(guī)律，為高可靠、長壽命空間潤滑系統(tǒng)研制提供理論指導(dǎo)，也為空間站長期在軌運(yùn)行故障分析和診斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

寬量程多精度空間微重力加速度測量技術(shù)試驗(yàn)

載人航天器在軌飛行時，會受到地球引力之外的多種作用力的干擾，如大氣阻力、太陽輻射光壓、重力梯度效應(yīng)、軌道機(jī)動、姿態(tài)控制、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和乘員活動等，因此達(dá)不到完全“失重”，而是處于一種“微重力”狀態(tài)?！拔⒅亓Α贝笮】梢酝ㄟ^航天器所受干擾力的加速度值來度量。

要想掌握并消除各種干擾對航天器內(nèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷的影響，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供高微重力水平實(shí)驗(yàn)環(huán)境，就需要準(zhǔn)確測量科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷的微重力水平。

本次任務(wù)在微重力環(huán)境下開展寬量程、寬頻段和多分辨率三種不同類型的加速度測量技術(shù)試驗(yàn)，驗(yàn)證空間站高微重力實(shí)驗(yàn)柜懸浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和流體物理實(shí)驗(yàn)柜主動隔振系統(tǒng)中關(guān)鍵的加速度測量模塊的功能性能，確保正式產(chǎn)品滿足任務(wù)要求，同時也為未來空間高精度微重力測量提供技術(shù)儲備。

時間觸發(fā)控制電子系統(tǒng)試驗(yàn)

▲ 蜂窩結(jié)構(gòu)

▲ 航天科技集團(tuán)CASC 標(biāo)志的太空3D 打印樣件

時間觸發(fā)控制電子系統(tǒng)采用新一代綜合電子信息體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過此次飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在空間環(huán)境下的適應(yīng)性，以及全局時序分配、分時分區(qū)數(shù)據(jù)流調(diào)度、大容量數(shù)據(jù)高安全高可靠傳輸?shù)龋瑸樾乱淮d人飛船等新型航天器電氣系統(tǒng)研制提供技術(shù)和數(shù)據(jù)積累。

泄漏碰撞檢測系統(tǒng)試驗(yàn)

泄漏碰撞檢測系統(tǒng)試驗(yàn)通過對新一代載人飛船試驗(yàn)船艙壁結(jié)構(gòu)內(nèi)聲信號本底進(jìn)行采集，并對模擬碰撞及泄漏聲發(fā)射信號進(jìn)行檢測，驗(yàn)證載人航天器在軌泄漏及碰撞定位算法，以及聲傳感器和泄漏碰撞檢測儀在軌工作性能，為后續(xù)載人航天器在軌泄漏及碰撞定位提供技術(shù)儲備。

光纖光柵傳感系統(tǒng)試驗(yàn)

光纖光柵傳感系統(tǒng)試驗(yàn)通過布設(shè)在新一代載人飛船試驗(yàn)船內(nèi)的溫度、應(yīng)變兩種光纖光柵傳感器，獲取真實(shí)飛行環(huán)境下試驗(yàn)船的溫度、應(yīng)變等狀態(tài)，驗(yàn)證光纖光柵傳感器應(yīng)用于航天器狀態(tài)監(jiān)測的可行性，為飛船結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

金屬/陶瓷材料在軌高精度成型實(shí)驗(yàn)

在人類探索太空的過程中，設(shè)備和材料的“補(bǔ)給線問題”，一直阻礙著人們飛向更遠(yuǎn)的空間。隨著太空3D打印技術(shù)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)航天器零部件的“自給自足”正在成為可能。

為進(jìn)一步提升制造精度，擴(kuò)大可用于太空制造的材料譜系，本次實(shí)驗(yàn)針對太空失重環(huán)境配制亞微米級精細(xì)軟物質(zhì)材料(金屬陶瓷材料)，通過調(diào)整其流變性能，在軌完成對材料形態(tài)的精確控制，實(shí)現(xiàn)首次空間高精度(表面粗糙度0.2 微米)立體光刻增材制造技術(shù)驗(yàn)證，為我國立體光刻增材制造的應(yīng)用與發(fā)展提供技術(shù)儲備。

“太空3D 打印”在軌實(shí)驗(yàn)

新飛船試驗(yàn)船返回艙搭載的“復(fù)合材料空間3D 打印系統(tǒng)”，已自主完成了連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樣件打印，驗(yàn)證了微重力環(huán)境下復(fù)合材料3D 打印的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是當(dāng)前國內(nèi)外航天器結(jié)構(gòu)的主要材料。此次實(shí)驗(yàn)是我國首次“太空3D 打印”，也是人類首次“連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料太空3D 打印”實(shí)驗(yàn)，工作全流程實(shí)現(xiàn)了無人照料、全程監(jiān)控、自主控制。

這次打印的對象有兩個，一個是蜂窩結(jié)構(gòu)（代表航天器輕量化結(jié)構(gòu)），另外一個是航天科技集團(tuán)CASC 標(biāo)志。

據(jù)了解，開展復(fù)合材料空間3D打印技術(shù)研究對于未來空間站長期在軌運(yùn)行、發(fā)展空間超大型結(jié)構(gòu)在軌制造具有重要意義。

▲ 試驗(yàn)船中搭載的部分種子

3D 打印立方星部署器進(jìn)行多項(xiàng)驗(yàn)證

試驗(yàn)船此次搭載的立方星部署器采用了國際最先進(jìn)的金屬3D 打印技術(shù)、最新的3D 打印設(shè)計(jì)優(yōu)化算法與材料，大幅降低了設(shè)計(jì)重量，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

本次飛行驗(yàn)證了立方星3D 打印新型部署器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、材料性能和空間環(huán)境適應(yīng)性，為“3D 打印+航天”的大規(guī)模應(yīng)用和未來空間站在軌釋放、機(jī)動部署微納衛(wèi)星提供了數(shù)據(jù)，儲備了技術(shù)。

微生物采油菌種搭載實(shí)驗(yàn)

微生物采油是利用微生物自身有益活動或代謝生物表面活性劑等產(chǎn)物提高原油采收率、延長油田開發(fā)壽命的新技術(shù)，目前是國際上油田開發(fā)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

試驗(yàn)船此次搭載了華東理工大學(xué)的微生物采油菌種，利用太空極端環(huán)境對原始野生菌株進(jìn)行誘變，有望獲得特異性強(qiáng)、性能更加突出、有工業(yè)應(yīng)用價值的突變菌株。

此外，由于本次任務(wù)試驗(yàn)船在軌飛行約67 個小時，軌道高度約300～8000 公里，且穿越了范艾倫輻射帶，使其所接受的空間總輻射劑量和微重力環(huán)境均與以往神舟飛船、天宮實(shí)驗(yàn)室不同，為開展空間輻射生物學(xué)研究、空間誘變和航天育種研究與實(shí)驗(yàn)提供了前所未有的寶貴機(jī)會，因此，試驗(yàn)船中還安排了航天育種、空間生物等相關(guān)實(shí)驗(yàn)類項(xiàng)目75 個。

這些項(xiàng)目中既有來自云南省、寧夏回族自治區(qū)等與中國載人航天工程辦公室具有戰(zhàn)略合作關(guān)系的地方政府項(xiàng)目，也有由中國航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟推薦的特色項(xiàng)目。涵蓋農(nóng)作物、林草花卉、中草藥種子和生物菌種實(shí)驗(yàn)裝置，還有對基礎(chǔ)研究具有重要科學(xué)價值的模式植物和模式動物實(shí)驗(yàn)樣本，搭載樣本總數(shù)達(dá)988 件（份）。