新華社 2021年04月30日
□四川日?qǐng)?bào)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(zhǎng)空，長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭搭載空間站“天和”核心艙，一飛沖天，標(biāo)志著我國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略邁出最后一步。
“天和”核心艙發(fā)射圓滿成功，中國(guó)空間站距離我們又近了一步。位于成都的中國(guó)航天科技集團(tuán)第七研究院（以下簡(jiǎn)稱“七院”）和中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所(以下簡(jiǎn)稱“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(tǒng)、第三代“綜合化測(cè)控體系”再到火工裝置、環(huán)控生保裝置、伺服機(jī)構(gòu)、箭上電纜網(wǎng)……四川智慧遍布空間站、運(yùn)載火箭和地面設(shè)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(shù)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(shù)、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(yīng)商，我們研制的分系統(tǒng)就相當(dāng)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(tǒng)之一的物資管理分系統(tǒng)，具體負(fù)責(zé)空間站所有物資的全生命周期管理及艙內(nèi)在軌駐留輔助支持保障產(chǎn)品研制。換句話說，今后空間站在軌運(yùn)行，全球人民通過艙內(nèi)攝像機(jī)看到的，都是七院研制的產(chǎn)品。
在遠(yuǎn)離地球且封閉狹小的空間內(nèi)，每批航天員都需要駐留100天以上，加上科研任務(wù)，他們往往承受著巨大的心理壓力。因此，艙內(nèi)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(tái)（套）產(chǎn)品雖不直接決定任務(wù)的成敗，但卻決定著航天員在太空駐留期間的幸福指數(shù)和舒適程度。
同時(shí)，空間站作為目前中國(guó)最復(fù)雜的航天器，艙內(nèi)自身就有數(shù)量眾多的功能設(shè)備；航天員在軌長(zhǎng)期駐留，同樣需要巨量的空間站運(yùn)營(yíng)物資。這些物資數(shù)以萬(wàn)計(jì)，通過手動(dòng)記錄消耗、使用以及廢棄物的時(shí)代早已跟不上需求，設(shè)計(jì)開發(fā)一套智能化、自動(dòng)化、數(shù)據(jù)化的物資管理系統(tǒng)勢(shì)在必行。
相關(guān)文獻(xiàn)鳳毛麟角。面對(duì)未知，平均年齡不到33歲的核心團(tuán)隊(duì)從零開始，勇敢出征。大到儀器設(shè)備，小到螺絲螺母，上萬(wàn)件核心艙物資，以及后續(xù)對(duì)接艙段的物資，物資管理分系統(tǒng)都要管。
為此，團(tuán)隊(duì)引入了時(shí)下最流行的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)——RFID技術(shù)，物體之間可以通過無線電波不接觸而快速交換和存儲(chǔ)信息。當(dāng)航天員需要某件物品，系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)計(jì)算出最優(yōu)取用路線，并進(jìn)行三維可視化引導(dǎo)。同時(shí)，物資信息還將備份在地面數(shù)據(jù)庫(kù)中，確保天地?cái)?shù)據(jù)的一致、可靠。
評(píng)價(jià)是否“好用”的人機(jī)工效學(xué)是一道必須要邁的門檻。七院七部物資管理分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)師馮琦坦言，工效學(xué)評(píng)價(jià)著實(shí)“折磨”了團(tuán)隊(duì)一段時(shí)間?？臻g站設(shè)備24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生一定噪音，睡眠區(qū)要降噪，讓航天員睡個(gè)安穩(wěn)覺；物品不能有尖角、孔洞要避開手指易觸及的位置；用于提示物品使用方法的標(biāo)識(shí)字體、大小、粗細(xì)、位置都有明確規(guī)定……
他們維持著天地之間的唯一聯(lián)系
●聯(lián)系“天和”核心艙的“生命線”，由十所打造
“天和”如何與地面保持聯(lián)系？這就需要航天測(cè)控通信技術(shù)，即地面站對(duì)飛船、空間站等航天器，進(jìn)行軌道測(cè)量、遙測(cè)遙控和數(shù)據(jù)傳輸。航天員要和地面對(duì)話、傳圖，地面站要對(duì)航天器定位、調(diào)姿、發(fā)送指令，都離不開這一技術(shù)。航天測(cè)控通信是航天器升空后與地面唯一的聯(lián)系，因此也被稱為航天器的“生命線”。
這根聯(lián)系“天和”核心艙的“生命線”，就是由十所傾力鑄造的。
記者了解到，此次發(fā)射，首次應(yīng)用了第三代“綜合化測(cè)控體系”。如果說前兩代系統(tǒng)都是保障和提升測(cè)控通信的基礎(chǔ)操作，那第三代則是高質(zhì)量、智能化的體現(xiàn)。
據(jù)十所副總工程師柴霖介紹，第三代系統(tǒng)具有“多重組、深綜合、全國(guó)產(chǎn)、高可靠”四大特點(diǎn)?！八扔袀鹘y(tǒng)測(cè)控功能，又有高速數(shù)據(jù)傳輸功能，而且這兩類數(shù)據(jù)是融合在一起傳輸?shù)模浅９?jié)省信道資源。更重要的是，綜合化后的設(shè)備，為操作手帶來了極大的便利。操作手在執(zhí)行測(cè)控任務(wù)時(shí)，就像在玩手機(jī)?！?/p>
在新一代測(cè)控系統(tǒng)中，從軟件到硬件，從基礎(chǔ)元器件到整機(jī)、系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
“近年來，我國(guó)載人航天測(cè)控覆蓋率無論從理論上還是實(shí)際使用中都能達(dá)到100%?！辈窳乇硎?，“換句話說，任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，航天員們都能享受到祖國(guó)母親無微不至的呵護(hù)。而且無論是在關(guān)鍵弧段還是常態(tài)化運(yùn)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)，與在地面無分別?！?/p>
“可以說，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(cè)控通信系統(tǒng)已為開啟中國(guó)的空間站時(shí)代做好了準(zhǔn)備?！辈窳卣f。
他們精研了這些系統(tǒng)部件
●安裝在核心艙和實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的兩個(gè)空氣凈化子系統(tǒng)，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(tǒng)和微量有害氣體去除子系統(tǒng)。這兩個(gè)子系統(tǒng)就像“空氣凈化器”，是環(huán)控生保分系統(tǒng)的重要組成部分，安裝在空間站的核心艙和實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，用于凈化艙內(nèi)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(nèi)安置“凈化器”，不是那么簡(jiǎn)單。兩個(gè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分緊湊，包含大量異形復(fù)雜薄壁管路，管路件的結(jié)構(gòu)緊湊且不規(guī)整。在管路件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，還要兼顧零件的實(shí)際加工制造誤差及裝配過程的誤差累積。
研發(fā)人員通過采用“尺寸鏈積累誤差預(yù)補(bǔ)償技術(shù)”，使得整機(jī)復(fù)雜管路系統(tǒng)高效、快速安裝。在保證安全的前提下，研發(fā)人員運(yùn)用實(shí)時(shí)安全減重虛擬驗(yàn)證技術(shù)，通過自有多物理場(chǎng)耦合虛擬驗(yàn)證平臺(tái)，針對(duì)兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，對(duì)整機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化，減輕兩個(gè)子系統(tǒng)的重量，降低了研制樣機(jī)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(guó)空間站任務(wù)的“首飛”航天器，是中國(guó)空間站的關(guān)鍵艙段。國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光介紹說，核心艙內(nèi)部其實(shí)分為資源生活艙、居住艙，以及節(jié)點(diǎn)艙。從未來空間站的基本功能來講，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(zhǎng)期在軌駐留，因?yàn)閷碚麄€(gè)空間站建成后，在貨運(yùn)飛船不斷給送補(bǔ)給的情況下，每批航天員或許都要在空間站里連續(xù)駐留很長(zhǎng)一段時(shí)間，就像現(xiàn)在仍在使用的國(guó)際空間站一樣，只不過航天員會(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(xiàn)連續(xù)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(shè)計(jì)上較過去有了很大突破，供航天員工作生活的空間約50立方米，未來加上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙后，整體能夠達(dá)到110立方米。
“‘天和’核心艙的密封艙內(nèi)配置了工作區(qū)、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)、就餐區(qū)、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保區(qū)和鍛煉區(qū)六個(gè)區(qū)域。”中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師張昊表示，核心艙不僅能夠保證每名航天員都有獨(dú)立的睡眠環(huán)境和專用衛(wèi)生間，而且在就餐區(qū)配置了微波爐、冰箱、飲水機(jī)、折疊桌等家居，還配置了太空跑臺(tái)、太空自行車、抗阻拉力器等健身器材，以滿足航天員日常鍛煉。
除此之外，要讓航天員能在其中長(zhǎng)期居住，最重要的是要有一套環(huán)控生保系統(tǒng)（環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)），也就是物化再生式生命保障系統(tǒng)。楊宇光表示，這必須是一套可再生式的環(huán)控生保系統(tǒng)，保證艙內(nèi)資源可以重復(fù)使用，比如艙內(nèi)的水和氧氣等，都必須具備被收集后重復(fù)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進(jìn)行控制的。有點(diǎn)類似未來空間站的“主腦”。
還有一個(gè)重要的任務(wù)，要驗(yàn)證出艙技術(shù)。過去我們只在神舟七號(hào)時(shí)，航天員翟志剛出過一次艙，而未來有很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)都需要在艙外進(jìn)行。
中國(guó)的空間站長(zhǎng)什么樣
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師朱光辰曾經(jīng)打過一個(gè)形象的比喻：如果神舟飛船是一輛轎車，天宮一號(hào)和天宮二號(hào)就相當(dāng)于一室一廳的房子，而空間站就是三室兩廳還帶儲(chǔ)藏間，算是“豪宅”了?！叭摇敝负诵呐撎旌?、實(shí)驗(yàn)艙問天和夢(mèng)天三個(gè)艙段，“兩廳”指神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船，整體呈T字構(gòu)型。
“天和”核心艙是天宮空間站的“智慧大腦”和中樞，是中國(guó)空間站的關(guān)鍵艙段，它好比是大樹的樹干，其他的艙段都會(huì)安裝在它的接口上，它也是航天員長(zhǎng)期駐留的主要生活場(chǎng)所。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站核心艙結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師施麗銘介紹，核心艙的長(zhǎng)度比五層樓房還要高，直徑比火車和地鐵的車廂還要寬不少，體積比國(guó)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(dāng)于三輛大客車的空重重量，同樣也超過國(guó)際空間站的任何一個(gè)艙段。
核心艙成功發(fā)射意味著什么
1992年，中國(guó)載人航天發(fā)展正式確立了“三步走”的戰(zhàn)略。
第一步是載人飛船階段，在此期間我國(guó)完成了載人飛船的研制，實(shí)現(xiàn)了航天員天地往返等目標(biāo)；
第二步是空間實(shí)驗(yàn)室階段，我國(guó)不僅掌握了出艙活動(dòng)、空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，而且成功驗(yàn)證了航天員中期駐留太空、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、運(yùn)送貨物補(bǔ)給等任務(wù)和技術(shù)；
第三步是空間站建設(shè)階段，我國(guó)將建造長(zhǎng)期有人照料的空間站。
“天和”核心艙的發(fā)射標(biāo)志著中國(guó)空間站在軌組裝建造全面展開，我國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略成功邁出第三步。
按照空間站建造任務(wù)規(guī)劃，今明兩年中國(guó)將接續(xù)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(yùn)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(xiàn)中國(guó)載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略“第三步”的任務(wù)目標(biāo)。中國(guó)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(guó)為什么要建自己的空間站
航天科技集團(tuán)有限公司五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師柏林厚表示，空間站工程將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。
“開展空間站工程，將從國(guó)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)揮著不可替代的作用?！卑亓趾裾J(rèn)為，空間站作為長(zhǎng)期在軌運(yùn)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展各類科學(xué)技術(shù)研究，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。
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