技术验证、系统验证、飞行验证……“验证”这个词常常出现在航天语境中。今天，T字成型的中国空间站已迈上应用与发展的新台阶，而它此前的在轨建造同样经历了长时间的验证——核心舱发射入轨后，在两艘载人飞船和两艘货运飞船配合下以一年时间完成“关键技术验证阶段”，之后才进入“建造阶段”。年4月17日，在两个实验舱升空之前，载人航天工程办公室宣布：关键技术验证阶段的任务目标圆满完成，为空间站建造阶段任务实施奠定了坚实基础。这些“关键”技术，可以理解为建造多舱段空间站、并且保证航天员在有限的地面支持下能够长期生活和有效工作所需的基础技术。这些技术皆非一日之功，而是由中国航天数十年的艰辛探索积累而来，空间站自身研制也历时十余年。那么，既然很多技术在经年的地面研制以及载人飞船和空间实验室实践中已经得到验证，为什么还得用空间站核心舱在飞行中再次验证？包括仿真在内的地面等效试验无法实现“等效”吗？在轨验证是必需的，还是可以跨越的？验证的成败对工程有什么影响？作为空间站工程师，在轨验证是我们极为 　　试验性的飞行非常普遍，即以真实环境下的实际飞行本身作为试验方法，对新设计的飞行器或其中若干技术进行验证。随着人们对太空和航天器的了解越来越多、越来越深入，更多试验项目可以通过地面物理模拟或数值仿真获得有效验证，在轨实飞验证的需求相对已经减少了很多，地面试验/仿真设施与方法则大幅进步和完善。在这样的背景下，几个问题值得探讨。航天任务是否允许尝试和失败？回答是肯定的。如上所述，飞行本身就是有效和必要的验证手段，有的飞行任务完全以验证为目的，比如神舟飞船的几次无人试验飞行和SpaceX的星舰飞船原型机试飞。但是，这个“允许”是有条件和前提的：首先，充分有效的地面验证，是飞行试验的前提和基础。我们非常强调地面试验，允许甚至鼓励通过尝试、试验去暴露问题、发现问题，必要时甚至会专门安排试验复现问题以求吃透本质。我们不提倡的是：试验设计和实施不到位，未能全面和有效验证；发现了问题，但因未吃透机理而解决不彻底，或者因其他各种原因不彻底解决；因为有了尝试的机会就什么都靠试，实际是由于不明就里而让任务变成了盲目试验。这些做法都会把本该地面解决的问题带到天上，徒增风险与成本。无论地面和天上，试验必须要有明确目的、针对性，要有验证有效的判据与明确结论，发现的问题要闭环。早在年代，航天前辈们就对型号研制的复杂性综合性和总体设计的重要性有了深刻认识，钱学森先生总结提出了“一切通过总体、一切通过地面试验”的航天可靠性理念。这里的“总体”，是指以组织而不是个人来保证工程研制的全面性、有效性和系统协调性；“地面试验”，意味着凡是能经地面试验或模拟试验证实的，就不要带到飞行试验中去考验。换句话说，不允许问题出在天上。关于是否允许尝试和失败，“两个一切”是最好的回答。我曾经在介绍地面试验情况时被问到“试验出现问题是什么心情”。我当时回答：我们不希望出现问题，但问题一旦发生了，我们又觉得是好事，因为毕竟它出在地上而不是天上。我相信这是航天器研制者们普遍的真实想法。其次，有效数据的获取，是判定飞行试验成败的重要标准。飞行试验的成功与否，取决于此次飞行的验证目的是否达到。如果有效数据全部拿到、实现验证目标，那么这次飞行就是成功的，即使出现损失也是值得的；否则，“成功”就要打折扣。在实际飞行试验中，遥测几乎是拿到相关数据的唯一手段，而遥测只能通过传感器、视频等获取有限信息。而当飞行试验发生大的故障或损失，即便是遥测数据也很难完整有效地获取。这一点与地面试验完全不同。地面不仅可以设置比飞行遥测多得多的观察测量手段，还可以通过产品拆解检查等直观方法拿到遥测无法反映的、全面得多的状态信息，出问题的产品同样能获得有价值的信息。从这个角度看，以飞行作为验证手段的难度和风险大于地面，不到不得已并非应优先选择的方案。同样从技术验证出发，飞行产品的回收和重复使用除了经济上的意义，对于获取验证结果来说具有极大优势。通过回收，到手的不仅是完整数据，还有产品本身。比如神舟飞船的返回舱，可以得到各个部位防热材料的实际烧蚀形貌、工作后的发动机状态等等，远远超越遥测所能获取的信息。在某种程度上，重复使用为SpaceX航天器的快速迭代提供了非常有价值的基础数据，推动其发展进入良性循环。在轨试验终究会被替代吗？回答是否定的。在充分地面验证的基础上，必要的在轨试验一定要有，试验性的航天器以及航天工程步步推进的验证任务也会一直存在。一方面，在轨试验越来越多地起到在真实环境下辨识和修正仿真模型的作用。前面提到的机械臂案例，对认识空间环境及影响和提升地面设计、仿真及验证能力起到了很大作用。另一方面，随着任务要求和难度的提高，在轨试验的新需求会不断涌现。究其根本，仿真建立在足够的“已知”基础上，通过物理试验的积累掌握了足够准确的模型，就可以用仿真模拟我们已知的领域，该领域内各种不同工况可以不再重复物理试验。然而，随着已知的增加和仿真能力的提高，我们总是会期望探索其他的“未知”新世界，比如从近地轨道走向月球、火星。航天飞行中更多的未知，需要以实际体验和物理知识结合，才能真正懂得。科幻作家刘慈欣曾表达过一个观点：元宇宙不能替代星际航行。这句话折射的不仅是情怀，更是人类认识与改造客观世界的客观规律。空间站的在轨验证结束了吗？答案仍然是否定的。空间站进入建造阶段之前，核心舱完美履行了关键技术验证的职责；空间站完成在轨建造的今天，更多验证仍在继续。拥有长期近地轨道和微重力环境的空间站能够提供天文、物理、材料等空间科学研究，也是航天新技术在轨验证的理想场所。与无人的试验卫星相比，载人空间站优势突出：专业人员可以在太空现场开展试验，直接、实时、全面了解试验情况并进行现场调整，试验全程可控，出现问题可处置，更换试验样品和切换工况更是不在话下；航天员可以现场搭建试验设施——例如辅助大型机构展开，极大地提高设备工作的可靠性，还可以设置并充分利用各种测量设备获取数据；利用天地通信手段，天上的数据、图像可以传到地面，试验现场的航天员可以与地面专家团队交流；航天员可以现场选取、包装试验样品，送样品随飞船返回地面供详细分析。人的参与提升了空间站作为技术验证平台的能力，而“人”相关的技术也是空间站验证工作的重要内容：开展人体医学研究；进行新一代生保系统的研究，特别是可利用扩展舱段进行受控生态技术的验证；以充气式密封舱为基础，开展空间环境对生物影响及防护措施的验证；结合舱内外活动，开展微重力环境下的应用工具验证及效果评价；研制智能机器人，辅助航天员开展舱内外工作，研究人工智能作为航天员伙伴在轨长期飞行的生活和工作模式……苍穹之上的T字是中国空间站基本构型在轨建设的结果，也是未来延展的起点；是中国载人航天工程完成“三步走”的成就，也是国家太空实验室开发利用空间资源的新篇。以飞行验证观察载人航天工程，闪烁于时空之间的是人类在实践中追求和发展真理的文明之光，它让我们勇敢而坚韧，睿智而理性。T字构型的中国空间站（图源：CMSA）监制：唐心怡作者：王翔编辑：张琦杨柳校对：崔祎璁

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