梦天实验舱是中国空间站三大舱段的“收官之作”，也是对科学实验支持能力最强的舱段。要在长17.88米、直径4.2米的有限空间内，同时满足大规模科学实验支持、高效货物进出舱等多重功能需求，谈何容易。为了打造可开展世界级科学研究的太空实验室，上海航天技术研究院团队历时12年攻关，破解了一系列技术难题。今天，“空间站梦天实验舱关键技术及应用”项目荣获上海市科技进步奖一等奖。
巧妙设计实现国际领先效益
梦天实验舱总师罗斌介绍，研制梦天舱，是上海企业首次承担国家重大专项载人航天工程飞行器的抓总研制任务。从2010年项目启动到2022年发射成功，他带领团队用整整12年诠释了重任在肩，创新突破。
梦天实验舱整体构型
项目团队面临三大拦路虎：一是构型设计难——太阳翼、天线、舱外设备互相遮挡，就像在高楼林立的小区里，如何保证每扇窗户都晒到太阳？二是设备布局难——舱内要安装千余件设备、13个重达500公斤的科学实验柜，并保障航天员在失重环境下高效操作；三是实验支持难——既要支持舱内科学实验，又要实现舱外暴露实验，还要支持货物自动进出舱，在有限的空间和重量下同时实现这三个功能，是“螺蛳壳里做道场”，国际上尚无先例可循。
“为了获得充足的能源供给和开阔的空间视野，国外空间站要么像俄罗斯‘和平号’那样舱段堆叠，舱外设备相互遮挡比较严重；要么像国际空间站那样采用大型桁架，虽然开敞性好，但建造复杂、周期长。”罗斌说。
在借鉴国外经验的基础上，上海研发团队提出融合总体构型方案，将工作舱、货物气闸舱、载荷舱和资源舱4个功能舱段有机整合。在实验舱尾部，设置对日定向装置和支撑结构，把太阳翼“架”出去，像撑开一把巨大的太阳伞。中国空间站形成T字组合体后，太阳翼有效受晒面积比例达到95%，大幅减少了对舱外设备的遮挡，为科学实验平台留出开阔的工作视场和布局空间。
更巧妙的是“双层嵌套”设计。在仅4.5米长的空间内，研发团队把载荷舱和货物气闸舱像俄罗斯套娃一样嵌套在一起，并在载荷舱对天和对地两面设置大型开口和展开式实验平台。入轨后，展开式实验平台像推开一扇巨大窗户一样展开，一次性建成8个对地实验工位和16个对天实验工位，形成3个共15平方米的科学实验平台。梦天实验舱用一次发射、一个舱段就同时满足了各项功能的布局要求，综合效益国际领先。
货物支持能力超国际空间站
梦天实验舱内要安装千余件设备、电缆束和管路，还要满足舱内失重环境下人机工效、设备维修性、舱外身着航天服状态下操作便利性、行动路径安全性等多重约束，实现布局最优化，这是一个十分复杂的难题。
为此，研发团队提出基于航天员在轨操作优先准则的多约束布局优化设计方法，建立了新的布局设计流程及评估体系，引入标准区域六面布局共用维修空间，对电缆走向、分束、重量进行三维全自动优化，并采用新型轻质材料等方法，实现了布局综合效率最优。
采用这些方法后，梦天实验舱实现了航天员维护设备可操作率100%（无需拆移其余设备），科学实验载荷/质量比远超国外同类舱段，在有限空间内集成了13个舱内科学实验柜、37个舱外科学实验工位和货物气闸舱。
梦天实验舱发射前完成总装，研制团队与它合影。
研发团队还在国际上首创“货物自动进出舱、飞行器在轨释放、舱内载荷实验、舱外暴露实验、可变环境实验”五位一体的科学实验支持体系。其中，最让公众津津乐道的是“货物自动进出舱”功能。他们设计了一种“轴进侧出”的货物进出舱模式，研制出多功能货物转移装置，最大允许货物尺寸达1.20米×1.15米×0.90米，承载能力400公斤。与国际空间站货物气闸舱相比，其支持能力提高195%，达到国际领先水平。
完成多项国际首次太空实验
2022年10月31日，长征五号B遥四运载火箭划破海南文昌的夜空，将一座重达23.3吨的太空实验室主力舱段送入轨道。两天后，它与空间站组合体完成交会对接。11月3日，它顺利转位停泊，标志着中国空间站T字基本构型在轨组装完成。
入轨至今，梦天实验舱已完成数十次货物在舱内外的自动转运部署，能量粒子谱仪、空间辐射生物学暴露实验装置等一批载荷被快速部署到舱外工位，年均使用15次以上，大幅减少了航天员的出舱任务次数和风险。
今年1月，中国载人航天工程办公室发布的2025年度《中国空间站科学研究与应用进展报告》显示，截至2025年12月，在空间生命与人体研究、微重力物理科学、空间新技术与应用三大领域，已在轨部署和实施265项科学与应用项目。中国空间站首次小鼠空间科学实验、国际首次开展空间站亚磁-微重力复合太空环境生物学研究、国际首次开展空间站管道检测机器人在轨试验……在梦天实验舱的支撑下，一系列具有开创性的太空实验已经完成，为我国基础科学研究和前沿技术探索提供了极具价值的科学数据。
2023年9月21日，中国航天员在梦天实验舱为学生演示多种太空实验。新华社发
报告显示，2025年度在轨科学与应用项目获取科学数据超过150TB。海量数据的背后，有上海航天人持续12年的艰辛付出，他们证明了中国人不仅能建造空间站，还能打造出孕育众多科技成果的卓越太空科研基地。
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