新華社 2021年04月30日
□四川日報全媒體記者徐莉莎
4月29日11時(shí)23分，海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)，熾焰飛騰，聲震長(cháng)空，長(cháng)征五號B遙二運載火箭搭載空間站“天和”核心艙，一飛沖天，標志著(zhù)我國載人航天工程“三步走”戰略邁出最后一步。
“天和”核心艙發(fā)射圓滿(mǎn)成功，中國空間站距離我們又近了一步。位于成都的中國航天科技集團第七研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“七院”）和中國電子科技集團公司第十研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“十所”)打造的多款“四川智造”深度參與其中。從物資管理分系統、第三代“綜合化測控體系”再到火工裝置、環(huán)控生保裝置、伺服機構、箭上電纜網(wǎng)……四川智慧遍布空間站、運載火箭和地面設備。
他們是空間站的“精裝大師”
●保障航天員在太空的“吃喝拉撒睡”，決定他們的幸福指數和舒適程度
“航天員在空間站吃什么、喝什么、找什么、缺什么，我們心中有數、一清二楚?！逼咴浩卟坑詈绞抑魅问Y琳介紹，“我們是空間站‘全屋定制’供應商，我們研制的分系統就相當于空間站的‘智能管家’?！?/p>
在此次“天和”核心艙的研制中，七院承研了15個(gè)分系統之一的物資管理分系統，具體負責空間站所有物資的全生命周期管理及艙內在軌駐留輔助支持保障產(chǎn)品研制。換句話(huà)說(shuō)，今后空間站在軌運行，全球人民通過(guò)艙內攝像機看到的，都是七院研制的產(chǎn)品。
在遠離地球且封閉狹小的空間內，每批航天員都需要駐留100天以上，加上科研任務(wù)，他們往往承受著(zhù)巨大的心理壓力。因此，艙內除了要保證其生命安全，還需要宜居，為航天員減壓。這百余臺（套）產(chǎn)品雖不直接決定任務(wù)的成敗，但卻決定著(zhù)航天員在太空駐留期間的幸福指數和舒適程度。
同時(shí)，空間站作為目前中國最復雜的航天器，艙內自身就有數量眾多的功能設備；航天員在軌長(cháng)期駐留，同樣需要巨量的空間站運營(yíng)物資。這些物資數以萬(wàn)計，通過(guò)手動(dòng)記錄消耗、使用以及廢棄物的時(shí)代早已跟不上需求，設計開(kāi)發(fā)一套智能化、自動(dòng)化、數據化的物資管理系統勢在必行。
相關(guān)文獻鳳毛麟角。面對未知，平均年齡不到33歲的核心團隊從零開(kāi)始，勇敢出征。大到儀器設備，小到螺絲螺母，上萬(wàn)件核心艙物資，以及后續對接艙段的物資，物資管理分系統都要管。
為此，團隊引入了時(shí)下最流行的自動(dòng)識別技術(shù)——RFID技術(shù)，物體之間可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波不接觸而快速交換和存儲信息。當航天員需要某件物品，系統自動(dòng)會(huì )計算出最優(yōu)取用路線(xiàn)，并進(jìn)行三維可視化引導。同時(shí)，物資信息還將備份在地面數據庫中，確保天地數據的一致、可靠。
評價(jià)是否“好用”的人機工效學(xué)是一道必須要邁的門(mén)檻。七院七部物資管理分系統總體設計師馮琦坦言，工效學(xué)評價(jià)著(zhù)實(shí)“折磨”了團隊一段時(shí)間?？臻g站設備24小時(shí)運轉，會(huì )產(chǎn)生一定噪音，睡眠區要降噪，讓航天員睡個(gè)安穩覺(jué)；物品不能有尖角、孔洞要避開(kāi)手指易觸及的位置；用于提示物品使用方法的標識字體、大小、粗細、位置都有明確規定……
他們維持著(zhù)天地之間的唯一聯(lián)系
●聯(lián)系“天和”核心艙的“生命線(xiàn)”，由十所打造
“天和”如何與地面保持聯(lián)系？這就需要航天測控通信技術(shù)，即地面站對飛船、空間站等航天器，進(jìn)行軌道測量、遙測遙控和數據傳輸。航天員要和地面對話(huà)、傳圖，地面站要對航天器定位、調姿、發(fā)送指令，都離不開(kāi)這一技術(shù)。航天測控通信是航天器升空后與地面唯一的聯(lián)系，因此也被稱(chēng)為航天器的“生命線(xiàn)”。
這根聯(lián)系“天和”核心艙的“生命線(xiàn)”，就是由十所傾力鑄造的。
記者了解到，此次發(fā)射，首次應用了第三代“綜合化測控體系”。如果說(shuō)前兩代系統都是保障和提升測控通信的基礎操作，那第三代則是高質(zhì)量、智能化的體現。
據十所副總工程師柴霖介紹，第三代系統具有“多重組、深綜合、全國產(chǎn)、高可靠”四大特點(diǎn)?！八扔袀鹘y測控功能，又有高速數據傳輸功能，而且這兩類(lèi)數據是融合在一起傳輸的，非常節省信道資源。更重要的是，綜合化后的設備，為操作手帶來(lái)了極大的便利。操作手在執行測控任務(wù)時(shí)，就像在玩手機?！?/p>
在新一代測控系統中，從軟件到硬件，從基礎元器件到整機、系統，已實(shí)現國產(chǎn)化。
“近年來(lái)，我國載人航天測控覆蓋率無(wú)論從理論上還是實(shí)際使用中都能達到100%?！辈窳乇硎?，“換句話(huà)說(shuō)，任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，航天員們都能享受到祖國母親無(wú)微不至的呵護。而且無(wú)論是在關(guān)鍵弧段還是常態(tài)化運行，都能保障航天員與地面的高質(zhì)量語(yǔ)音、圖像和上網(wǎng)服務(wù)，與在地面無(wú)分別?！?/p>
“可以說(shuō)，憑借高超的技術(shù)能力、完善貼心的服務(wù)，新一代載人航天測控通信系統已為開(kāi)啟中國的空間站時(shí)代做好了準備?！辈窳卣f(shuō)。
他們精研了這些系統部件
●安裝在核心艙和實(shí)驗艙內的兩個(gè)空氣凈化子系統，保障航天員生命安全
由七院下屬的四川航天烽火伺服控制技術(shù)有限公司，承制了CO2
去除子系統和微量有害氣體去除子系統。這兩個(gè)子系統就像“空氣凈化器”，是環(huán)控生保分系統的重要組成部分，安裝在空間站的核心艙和實(shí)驗艙內，用于凈化艙內的氣體環(huán)境，是航天員生命安全不可缺少的保障條件。
在“寸土寸金”的艙內安置“凈化器”，不是那么簡(jiǎn)單。兩個(gè)子系統結構十分緊湊，包含大量異形復雜薄壁管路，管路件的結構緊湊且不規整。在管路件結構優(yōu)化設計時(shí)，還要兼顧零件的實(shí)際加工制造誤差及裝配過(guò)程的誤差累積。
研發(fā)人員通過(guò)采用“尺寸鏈積累誤差預補償技術(shù)”，使得整機復雜管路系統高效、快速安裝。在保證安全的前提下，研發(fā)人員運用實(shí)時(shí)安全減重虛擬驗證技術(shù)，通過(guò)自有多物理場(chǎng)耦合虛擬驗證平臺，針對兩個(gè)子系統進(jìn)行三維建模，對整機進(jìn)行了系統級優(yōu)化，減輕兩個(gè)子系統的重量，降低了研制樣機的加工成本。
“天和”核心艙有哪些“核心”功能
“天和”核心艙是中國空間站任務(wù)的“首飛”航天器，是中國空間站的關(guān)鍵艙段。國際宇航聯(lián)空間運輸委員會(huì )副主席楊宇光介紹說(shuō)，核心艙內部其實(shí)分為資源生活艙、居住艙，以及節點(diǎn)艙。從未來(lái)空間站的基本功能來(lái)講，此次發(fā)射的核心艙有這幾個(gè)功能——
第一個(gè)是支持航天員長(cháng)期在軌駐留，因為將來(lái)整個(gè)空間站建成后，在貨運飛船不斷給送補給的情況下，每批航天員或許都要在空間站里連續駐留很長(cháng)一段時(shí)間，就像現在仍在使用的國際空間站一樣，只不過(guò)航天員會(huì )不停地輪換，這個(gè)空間站也會(huì )存在十幾年甚至更久。
要實(shí)現連續駐留就要有一個(gè)居住條件，最基本的就是它不能太小。目前看，“天和”核心艙在設計上較過(guò)去有了很大突破，供航天員工作生活的空間約50立方米，未來(lái)加上兩個(gè)實(shí)驗艙后，整體能夠達到110立方米。
“‘天和’核心艙的密封艙內配置了工作區、睡眠區、衛生區、就餐區、醫監醫保區和鍛煉區六個(gè)區域?！敝袊教炜萍技瘓F五院空間站系統總體主任設計師張昊表示，核心艙不僅能夠保證每名航天員都有獨立的睡眠環(huán)境和專(zhuān)用衛生間，而且在就餐區配置了微波爐、冰箱、飲水機、折疊桌等家居，還配置了太空跑臺、太空自行車(chē)、抗阻拉力器等健身器材，以滿(mǎn)足航天員日常鍛煉。
除此之外，要讓航天員能在其中長(cháng)期居住，最重要的是要有一套環(huán)控生保系統（環(huán)境控制和生命保障系統），也就是物化再生式生命保障系統。楊宇光表示，這必須是一套可再生式的環(huán)控生保系統，保證艙內資源可以重復使用，比如艙內的水和氧氣等，都必須具備被收集后重復使用的功能。
此外，核心艙其實(shí)還有一些其他的功能，比如我們的空間站的管理和控制，包括它的姿態(tài)控制、電源、通信等，都是以核心艙為樞紐來(lái)進(jìn)行控制的。有點(diǎn)類(lèi)似未來(lái)空間站的“主腦”。
還有一個(gè)重要的任務(wù)，要驗證出艙技術(shù)。過(guò)去我們只在神舟七號時(shí)，航天員翟志剛出過(guò)一次艙，而未來(lái)有很多科學(xué)實(shí)驗都需要在艙外進(jìn)行。
中國的空間站長(cháng)什么樣
中國航天科技集團五院空間站系統副總設計師朱光辰曾經(jīng)打過(guò)一個(gè)形象的比喻：如果神舟飛船是一輛轎車(chē)，天宮一號和天宮二號就相當于一室一廳的房子，而空間站就是三室兩廳還帶儲藏間，算是“豪宅”了?！叭摇敝负诵呐撎旌?、實(shí)驗艙問(wèn)天和夢(mèng)天三個(gè)艙段，“兩廳”指神舟載人飛船、天舟貨運飛船，整體呈T字構型。
“天和”核心艙是天宮空間站的“智慧大腦”和中樞，是中國空間站的關(guān)鍵艙段，它好比是大樹(shù)的樹(shù)干，其他的艙段都會(huì )安裝在它的接口上，它也是航天員長(cháng)期駐留的主要生活場(chǎng)所。中國航天科技集團五院空間站核心艙結構分系統主任設計師施麗銘介紹，核心艙的長(cháng)度比五層樓房還要高，直徑比火車(chē)和地鐵的車(chē)廂還要寬不少，體積比國際空間站的任何一個(gè)艙位都大，航天員入駐后，活動(dòng)空間非常寬敞。重量相當于三輛大客車(chē)的空重重量，同樣也超過(guò)國際空間站的任何一個(gè)艙段。
核心艙成功發(fā)射意味著(zhù)什么
1992年，中國載人航天發(fā)展正式確立了“三步走”的戰略。
第一步是載人飛船階段，在此期間我國完成了載人飛船的研制，實(shí)現了航天員天地往返等目標；
第二步是空間實(shí)驗室階段，我國不僅掌握了出艙活動(dòng)、空間交會(huì )對接技術(shù)，而且成功驗證了航天員中期駐留太空、推進(jìn)劑在軌補加、運送貨物補給等任務(wù)和技術(shù)；
第三步是空間站建設階段，我國將建造長(cháng)期有人照料的空間站。
“天和”核心艙的發(fā)射標志著(zhù)中國空間站在軌組裝建造全面展開(kāi)，我國載人航天工程“三步走”戰略成功邁出第三步。
按照空間站建造任務(wù)規劃，今明兩年中國將接續實(shí)施11次飛行任務(wù)，包括3次空間站艙段發(fā)射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發(fā)射，于2022年前后完成空間站在軌建造，實(shí)現中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰略“第三步”的任務(wù)目標。中國在世界航天領(lǐng)域中的地位和影響力，將會(huì )踏入一個(gè)全新的階段。
中國為什么要建自己的空間站
航天科技集團有限公司五院空間站系統副總設計師柏林厚表示，空間站工程將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家經(jīng)濟、科技和綜合國力的重要標志。
“開(kāi)展空間站工程，將從國家全產(chǎn)業(yè)鏈角度，極大地引領(lǐng)和帶動(dòng)包括空間科學(xué)、生命科學(xué)等多種前沿學(xué)科和原材料、元器件、智能制造等多領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用?！卑亓趾裾J為，空間站作為長(cháng)期在軌運行的“太空母港”，其天然的高真空、微重力、超潔凈環(huán)境也可以充分用于開(kāi)展各類(lèi)科學(xué)技術(shù)研究，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。
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