2022年10月31日，中国空间站梦天实验舱由长征五号B运载火箭发射成功。随着“梦天”成功对接和转位，中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成！发射任务中，一系列航天高科技助力“梦天”圆梦。
梦天实验舱主要面向微重力科学研究，并配置了流体物理、材料科学以及航天技术试验等多学科试验平台，航天员将在此开展大量的空间科学试验。中国航天科技集团有限公司五院510所为梦天实验舱配套的产品除了大家熟知的音频单元、照明装置等一系列火爆“太空家居”产品，还搭载着三台重要的科学装置：空间高效自由活塞斯特林热电转换装置、X射线透射成像系统及高温炉及批量样品管理系统。
空间高效自由活塞斯特林热电转换装置作为梦天实验舱内的验证项目之一，安装在航天基础试验机柜内。作为独立系统试验模块，是目前国内最先进的空间能源转换装置。
斯特林热电转换装置可将放射性同位素热能转换为电能，属于“动态”空间同位素电源系统中最先进的技术，相较于传统的“静态”同位素温差转换电源技术，具有高效率、高比功率等显著特点。目前，国际上尚未开展斯特林热电转换技术的空间应用。此次“梦天”空间科学试验的目的是为了进一步验证在空间环境下该项技术的适应性及可靠性，获得该技术在轨飞行应用数据，进而结合在轨飞行试验数据优化工程样机，加快飞行样机的研制，为我国空间先进电源技术的发展提供技术支持，为未来“深空探测”计划提供技术储备。
作为未来空间任务的高效“能源供应系统”，斯特林热电转换装置的核心技术之一是维持其内部两个活塞的高频往复运动。该项目中，五院510所创新设计了“模块化”的集成结构，可实现高温高频工况下双自由活塞的精确控制，从而将热能高效转换为电能。
在项目周期只有1年的情况下，五院510所科研人员打破国外对该技术的封锁，先后攻克了活塞高温高频运动间隙密封、双机对置与控制、多目标参数耦合及保持等8项关键技术。整机在地面测试中其热电转换效率为24.4%，性能达到国际先进水平。此次梦天实验舱内的验证试验，标志着五院510所在国际上首次实现了斯特林热电转换装置的空间应用。
此次“梦天”任务，五院510所科研人员成功研制了X射线透射成像系统（以下简称X射线系统），巧妙地利用X射线透射成像这一目前最先进的观测方法，实现了在空间环境中对材料实验过程进行“在线”实时观察，可获得空间材料样品制备过程中的固/液界面形态、界面输运效应等实时科学数据，对于认知材料物理与化学过程的本征规律，指导和推动地基材料制备工艺和战略性新兴产业发展，服务于高技术进步和国民经济建设都具有重要意义。
X射线系统作为空间站材料实时观察实验主载荷，也是世界第一台在载人航天器中使用X射线透射成像原理进行实验的科学装置。在载人航天器环境中，最核心的焦点是对航天员的保护，因此如何在资源与空间受限的情况下实现X射线的完全屏蔽，同时还能承受随火箭上行时的力学环境的考验，是摆在科研人员面前的首要难题，也是保证梦天实验舱安全性的重中之重。
五院510所科研人员集智群策，在大量的分析与试验总结下，设计的综合屏蔽结构，既保证了装置在火箭上行时的力学可靠性，也确保了航天员的在轨安全。同时成功研制了空间成像结构，使装置的最高分辨率可达3μm，最大视场达30mm×20mm，最大穿透厚度为6mm，满足绝大多种类材料的实验需求，也使X射线系统成功实现了从专用设备到通用设备的转变。
与此同时，科研人员还攻克了加热区高温情况下核心部件有效防护、在轨人机更换操作等多项关键技术，提高了核心功能部组件的可靠性，大大提升了设备的寿命。X射线系统作为太空中唯一的X射线透射成像空间实验设备，是具有历史意义的科学装置，为材料界提供了多种类型材料科学实验的必要条件，目前已接受国内外多家研究机构的材料实验申请。
在梦天实验舱内，五院510所研制的“天宫八卦炉”——高温炉及批量样品管理系统（以下简称高温炉）将神秘、奇幻的中国神话转化为现实。作为“梦天”高温材料溶固实验主载荷，高温炉系统是具有“多温场联动、多功能制备、全自动压控”等特点的全新综合型空间材料试验设备，其内部有诸多“黑科技”，精密传动单元可为系统提供14种试验工况配置，使我国空间材料设备首次具备温场“区熔”功能，实现了“天上炼丹”；全新的材料制备方法，改变了我国同类设备工况少、功能单一的状况，打破了国外技术垄断；综合热控单元给设备建立了温度梯度，实现了材料制备温度的高稳定性，让航天员们在亲自操作时“手感温度刚刚好”。
高温炉系统的性能与技术指标达到了国际领先水平，受到了多国空间高温材料科研人员的关注，为我国乃至世界空间高温材料科学研究提供了平台与保障。
五院510所在“梦天”任务中还承担了以“舱外云台灯”为代表的系列照明产品研制。舱外云台灯发射时收拢在工作舱舱壁，入轨后第一个展开并锁定。依靠其多自由度云台的方位角度、俯仰角度动态特性提供空间站舱外的动态照明、伴随照明，用于支持航天员出舱活动和监视摄像，以及“太空实验室”舱外不同照度需求下的高度调整，同时能够满足中继天线、太阳翼在阴照区展开、转动时监视摄像的照度需求，并具备在轨维修功能。
作为中国空间站中名副其实的光影“魔术手”，五院510所研制的舱外云台灯不仅为航天员长期在轨驻留及开展舱外维修、科研活动提供良好的照明，也将为航天员的出舱活动和拍摄太空大片提供更优的光影效果。
五院510所为梦天实验舱研制配套的各分系统软件产品作为太空实验的可靠力量，将提供全天候、全方位的保障护航。
仪表照明分系统的音频单元软件和FPGA软件能高效的实现报警、电话任务和会议功能，为实现航天员与地面的“天地通话”搭建了“太空信号线”；云台控制器配套软件负责完成舱外云台灯伺服转动控制及调光控制，为实现太空“光影魔术”提供技术支撑；斯特林热电转换控制器配套软件作为它的“智慧大脑”完成加热控制、发电控制、参数采集、及故障检测等功能，确保试验装置在轨运行期间的功率能稳定输出。梦天实验舱中的“小门神”——快速检漏仪其控制软件主要实现阀门驱动、数据采集监测、漏率计算和总线通讯等功能，可在梦天实验舱交会对接及航天员出舱过程中发挥重要作用。
来源：中国航天科技集团微信公众号
