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  • 成功交会对接!关于“天宫”,这些匠心设计首次披露

    时间:2022-11-01  来源:  作者:

    11月1日4时27分,空间站梦天实验舱发射入轨后,成功对接于天和核心舱前向端口,整个交会对接过程历时约13小时。

    后续,将按计划实施梦天实验舱转位,梦天实验舱将与天和核心舱、问天实验舱形成空间站“T”字基本构型组合体。

    成功交会对接!关于“天宫”,这些匠心设计首次披露

    梦天实验舱与空间站组合体交会对接示意动画。图片来源:中国航天科技集团

    图片来源:中国载人航天

    图片来源:中国载人航天

    秉承中国航天事业奠基人钱学森提出的系统工程思想,历经十余年空间站研制历程,航天人将“建造太空家园”的心中宏图,绘成手中蓝图,用智慧和汗水铸成重器。这背后,空间站系统独具特色、汇聚着智慧与匠心的总体设计,堪称我国航天器系统设计的又一次创新跨越。

    系统设计与工程管理深度融合

    “结果源自开头,起点通往终点。”五院空间站系统总指挥王翔表示,对于系统工程实践来说,科学思想先于工程实践。在空间站这样一个空前复杂的系统工程中,总体设计是“龙头”和“命脉”,一切工作肇始于此,归结于此。

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    如何把多个大型航天器在轨合理、高效组装起来?如何低成本、高效益实现长期在轨稳定运行?筑梦之初,总体设计人员面临着一连串难题。

    五院空间站系统总设计师杨宏认为,必须依靠自立自强打破封锁,通过增强顶层设计,瞄准前沿系统谋划,提出适合国情的组装建造方案。他带领五院总体设计团队以“规模适度、留有发展空间”为设计思路,创造性地提出“利用舱段交会对接和转位机械臂进行平面转位、研制大型组合机械臂并与航天员协同进行舱外大型设施构建”方案。这一独具特色的总体设计方案,可以使我国在没有航天飞机等大型运输工具的情况下,完成积木加桁架混合构型的大型空间站在轨组装建造。

    同时,“一个系统总体、三个舱段总体加上一套专业分系统团队”的工程组织架构,撑起了整体统一的管理,使天和、问天、梦天三个舱段的通用化率达80%,促进了系统方案优化。系统设计与工程管理深度融合,相得益彰。

    随着梦天实验舱就位,中国空间站的基本部分已形成,将为巡天光学舱等后续扩展舱段奠定坚实基础。未来,中国空间站还能够在机械臂的辅助下进行扩展舱段的组装,形成十字形、干字形等扩展构型。

    将“天地人和”融入总体设计

    中国人自古讲求“天地人和”,如今这古老的智慧穿越时空,在空间站系统的总体设计中得到了体现。

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    在天上,组成空间站的各个舱段和来访飞船都是独立飞行器,对接后形成组合体。除了在结构上交会对接,信息系统和能源系统也要相互联接,确保动态并网、能力共享。此外,通过热控流体回路,热量可实现跨舱传输、相互兼容。三舱互联互通,通过统一控制和管理实现动作协调、资源统筹使用,同时还具备跨航天器的系统重构能力,整体性能实现“1+1+1>3”。

    在地面,五院建设了与“天宫”等比例的物理空间站,又采用数字孪生技术创建了数字空间站,形成了“天-地-数字”三站协同的运行模式,用飞行数据实时驱动并开展在轨状态预测、趋势评估,为空间站安全运行护航。

    人,是空间站系统里具有决定性的要素。从中国空间站设计之初,到每次任务全程,五院设计团队都会和航天员充分沟通,将以人为本理念贯彻到底。一方面,他们从航天员的需求出发,通过优化设计不断提升空间站的舒适性和便利性。扫码识别的物资管理系统、天地双向视频、智能厨房……处处蕴藏着设计师们的精巧构思。另一方面,航天员的安全是重中之重。航天英雄杨利伟在首次飞天前,对总体设计人员说:“我信任你们。”这句话对设计团队来说,既是最好的肯定,也是最重的责任。

    自立自强,用科技创新化解难题

    空间站系统的总体设计,既有胸怀宇宙万象、驰骋天地间的酣畅淋漓,也屡屡遭遇“大象在瓷器店里跳舞”的棘手难题,更有横刀立马誓要守住的底线红线。这一切,最终都被总体设计人员巧妙化解。

    早在空间站任务起步之初,杨宏便意识到,关键核心元器件一定是制约空间站长期可持续发展的瓶颈。秉持以国家重大型号引领基础技术突破的观点,他带领技术团队驻扎元器件研制一线攻关,一举突破了550万门宇航用元器件的技术瓶颈,解决了核心元器件“卡脖子”问题。此举不仅实现了对进口元器件的全部替代,打破了封锁壁垒,还迫使某国际元器件巨头公司主动遵从我们的标准生产产品。目前空间站系统核心元器件已实现全部国产化,真正将主动权掌握在自己手中。

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    同时,五院坚定地走科技自立自强之路,提前布局打造了宇航智造工程空间站示范项目,打通了研制过程全周期、全三维的模型数字化流程,开辟了新型数字化研制模式,使研制周期缩短了30%;攻克了可爬行机械臂等一系列拥有自主知识产权的关键技术,在发供电、物资循环利用效能和运行经济性等关键性能指标上实现了超越。

    面对系统可靠性的难题,技术团队创立了在轨航天器安全性、可靠性、维修性“三性融合”的综合工作体系。这种不中断飞行、化繁为简的维修设计,在各种约束条件下,实现整体系统优化和功能增强。

    关键词:梦天实验舱
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