梦天实验舱作为中国空间站三大舱段中的收官之作，同时也是科学实验支持能力最强的“尖子生”。在长17.88米、直径4.2米的有限空间内，需要同时容纳大规模科学实验、高效货物进出舱等众多硬性需求，难度可想而知。上海航天技术研究院团队历经12年攻关，成功攻克了这一难题。如今，“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，这背后是一整套从无到有的技术突破与创新。
巧妙设计实现国际领先的综合效益
梦天实验舱总设计师罗斌表示，这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总体研制任务。从2010年项目启动到2024年成功发射，历时12年，团队凭借创新精神将“重任”转化为了现实。
梦天实验舱整体构型
团队面临三大挑战：第一是构型设计困难——太阳翼、天线、舱外设备相互遮挡，就像在高楼林立的小区中要确保每扇窗户都能照到阳光。第二是设备布局难题——舱内需安装上千件设备、13个重达500公斤的科学实验柜，同时要保证航天员在失重环境下能够方便操作。第三是实验支持挑战——既要支持舱内实验，又要实现舱外暴露实验，还要让货物自动进出舱。在有限空间和重量约束下同时解决这三个问题，堪称“螺蛳壳里做道场”，国际上没有先例。
国外空间站的解决方案各有不足：俄罗斯“和平号”舱段堆叠导致设备遮挡严重；国际空间站采用大型桁架结构，开敞性好但建造复杂、周期长。上海团队在借鉴经验的基础上，提出了融合总体构型方案——将工作舱、货物气闸舱、载荷舱和资源舱四个功能段有机整合。在实验舱尾部专门设置对日定向装置和支撑结构，将太阳翼“架”出去，如同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%，显著减少了对舱外设备的遮挡，为科学实验平台提供了开阔的视野和布局空间。
更巧妙的是“双层嵌套”设计。在仅4.5米长的空间中，团队将载荷舱和货物气闸舱像俄罗斯套娃一样嵌套在一起，并在载荷舱朝天和朝地两面设置大型开口及展开式实验平台。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。一次发射、一个舱段就同时满足各项功能布局要求，综合效益达到国际领先水平。
货物支持能力超越国际空间站水平
梦天实验舱内需安装上千件设备、电缆束和管路，同时还要兼顾舱内失重环境下的人机工效、设备维修性、舱外航天服操作便利性以及行动路径安全性……多目标的最优解非常复杂。团队基于航天员在轨操作优先准则，提出了多约束布局优化设计方法，建立了全新的布局设计流程及评估体系。通过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，最终实现了布局综合效率的最优化。
效果显著：航天员维护设备的可操作率达到100%，无需拆移任何其他设备。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以及货物气闸舱。
梦天实验舱发射前完成总装，研制团队与它合影。
团队还在国际上首创了“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。其中最受公众关注的无疑是“货物自动进出舱”。他们设计了“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。相比国际空间站的货物气闸舱，该支持能力提高了195%，达到了实打实的国际领先水平。
完成多项国际首次太空实验
2024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，中国空间站T字基本构型在轨组装完成。
入轨以来，梦天实验舱已成功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，年均使用超过15次，大幅减少了航天员出舱任务的次数和风险。
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……在梦天实验舱的支持下，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。
2024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的科学数据超过150TB。海量数据的背后，是上海航天人持续12年的艰辛付出——他们证明了中国不仅能建造空间站，还能打造出孕育众多科技成果的卓越太空实验室。
