4月9日，美国SpaceX公司第八次向国际空间站发射龙飞船。这次任务除了“秒杀”众人眼球的猎鹰9火箭一子级海上回收之外，毕格罗公司的试验性充气式太空舱也是大家议论的焦点。

　　众所周知，为了应对高真空、强辐射的太空环境和防止神出鬼没的流星体撞击，宇宙飞船向来都是走“高大硬”路线的。

　　而充气膜结构式太空舱却打破了传统的设计理念，它使用合成纤维、液晶聚合物、陶瓷纤维等新材料制成，重量仅为1.4吨、发射时体积仅为3.6立方米，入轨后经过充气，可以在短时间内“长大”4倍多，形成一个长4.01米、直径3.23米、容积16立方米的“大帐篷”。那么，这个看似有点魔幻的“大帐篷”是否靠谱？又有哪些优缺点供我们学习和借鉴呢？

　　一般情况下，载人密封舱在空间环境下主要提供三方面的防护：温度防护、抗碎片撞击防护，以及辐射防护。常规的金属舱体在后两方面是有先天优势的，而温度防护主要是靠单独的热控包覆层来实现。

　　根据资料显示，美国宇航局此前在充气舱的防护设计上还是颇下“苦功”的。他们采用了多达20余层的材料，自外向内为充气舱提供了五级防护结构：温度防护层、碎片防护层、凯夫拉约束层(形状保持与强度加强)、密封气囊、内部防护(防刮、防刺等)。从设计上充分考虑了空间碎片撞击和舱内航天员操作可能产生的风险。因此，我们可以推断，毕格罗公司的太空舱应该也做了旗鼓相当的防护措施。

　　其实，对于这种软质的充气舱体而言，如何抵抗空间碎片的撞击是个难点。然而，近年来，随着软质防撞击材料的迅速发展，充气舱抵抗空间碎片撞击的能力也日渐成熟。比如，编织陶瓷织物、玄武岩纤维、芳纶纤维等，因其重量轻、强度高，已经作为加强防护层用在传统的金属舱体上，国际空间站使用了带软质填充层的Whipple防护结构。因此软质舱体主要的短板是在辐射防护上。

　　在这块“短板”上，笔者认为，针对软质舱的特点，可以用披挂金属防护板的方法来加强其防辐射的能力。

　　也就是说，将金属防护板预先加工成可拼接的单元块，集中运输，人工或机械辅助操作将其披挂在已展开的软质舱外壁或内壁。这个方法加工和安装的精度要求不高，成本也远低于整体的金属密封结构。

　　若采用舱外安装，金属板对碎片撞击也有贡献，但缺点是需要航天员进行舱外操作，这种方式可能更适合于月球基地等场合。若在舱内安装，则操作简便不用出舱，但对碎片撞击无贡献。舱内操作的好处之一是灵活可调，可根据防护等级，在航天员睡眠区等部位优先或加强防护。

　　当然，即使是非“加强版”的软质舱体也用途不少。例如，它可作为空间站的设备间，安装对辐射不敏感且不需要人长期照料的设备，包括可以将噪声较大的设备在此类设备间隔离安装；作为储物间存放物资、备件等；作为垃圾站将待回收处理的垃圾进行存放或中转。另外，航天员还可以利用其透波的特性在那儿做一些特殊实验等。

　　天地协同的工作模式值得关注

　　5月28日，充气式太空舱成功展开。BEAM的首次展开过程受挫，其长度和直径均只展开了几厘米，试验随即暂停。

　　经过一天的分析和准备工作，在第二次展开操作之前，美国宇航局和毕格罗公司的官员对外公布了他们的分析结果是：造成展开受阻最可能的因素是充气舱软质织物间的摩擦力超过了预期设想。而造成这一现象的原因在于先前的发射计划推迟，BEAM以压缩状态存储了15个月时间(是原设计的3倍)。

　　根据毕格罗公司发布的信息来看，BEAM的组成包括前后两块金属舱壁、内部的铝结构、软质多层织物(含约束层和密封层)及充气系统。那么，展开过程可能出现的问题也应该在这几个环节。

　　对于通常的空间折展机构而言，微重力环境、热真空环境以及收拢压缩状态下的力学环境(地面存贮及火箭上升段)是影响机构展开和展开后性能的重要因素，也是地面验证的重点和难点所在。

　　在美国宇航局发布的系列消息中，也反复声明要通过BEAM对此类舱体在微重力环境下的性能进行技术演示。由此可见，此次充气舱展开出现的波折也是在情理之中的，只是由于存贮时间超过了设计状态，摩擦力成了问题的“主角”。

　　此次BEAM的安装、展开及排故是一次典型的有人参与的空间设施建造过程。笔者认为，其天地协同的工作模式有以下两方面值得关注。

　　一方面是天地大系统保障下的在轨精细操作。整个的舱段安装和展开过程由3个团队直接参与(在轨的航天员乘组、飞控中心的美国宇航局团队及毕格罗研制团队)。通过天地协同，在“加拿大机械臂二”的辅助下完成了舱段安装。当首次展开暂停后，地面工程师们彻夜观察舱体状态变化情况，通过几方会商进行问题定位，并实时指导航天员操作。而在工作时段上，他们专门强调要安排在阳照区以便摄像和观察，形成了“航天员操作——充气舱变化——天地协同观察判断——下一步操作意见”的大闭环，实践证明这一过程是高效的。

　　另一方面是工作现场航天员的重要作用。实际上，第二次展开完全依靠航天员手动充气，而没有使用BEAM配置的自动充气系统。在7个多小时里，航天员威廉姆斯手动开阀25次，累计充气2分27秒，这是个相当精细和稳妥的过程。航天员在现场的全面观察、判断和精确操作得到充分体现。

　　如今BEAM成功充气展开并进入了航天员，在此后的2年时间内还将进行一系列的试验。充气舱本身的性能及其载人应用、空间设施建造工作模式都值得我们关注和学习借鉴。( 作者为中国航天科技集团公司五院空间站系统总指挥)