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23分，海南文昌航天發(fā)射場，熾焰飛騰，聲震長空，長征五號B遙二運載火箭搭載空間站“天和”核心艙，一飛沖天，標志著我國載人航天工程“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（以下簡稱“七院”）和中國電子科技集團公司第十研究所(以下簡稱“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“綜合化測控體系”再到火工裝置、環(huán)控生保裝置、伺服機構(gòu)、箭上電纜網(wǎng)……四川智慧遍布空間站、運載火箭和地面設(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’。”
在此次“天和”核心艙的研制中，七院承研了15個分系統(tǒng)之一的物資管理分系統(tǒng)，具體負責(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，今后空間站在軌運行，全球人民通過艙內(nèi)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(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（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，空間站作為目前中國最復(fù)雜的航天器，艙內(nèi)自身就有數(shù)量眾多的功能設(shè)備；航天員在軌長期駐留，同樣需要巨量的空間站運營物資。這些物資數(shù)以萬計，通過手動記錄消耗、使用以及廢棄物的時代早已跟不上需求，設(shè)計開發(fā)一套智能化、自動化、數(shù)據(jù)化的物資管理系統(tǒng)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始，勇敢出征。大到儀器設(shè)備，小到螺絲螺母，上萬件核心艙物資，以及后續(xù)對接艙段的物資，物資管理分系統(tǒng)都要管。
為此，團隊引入了時下最流行的自動識別技術(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信息。當(dāng)航天員需要某件物品，系統(tǒng)自動會計算出最優(yōu)取用路線，并進行三維可視化引導(dǎo)。同時，物資信息還將備份在地面數(shù)據(jù)庫中，確保天地數(shù)據(jù)的一致、可靠。
評價是否“好用”的人機工效學(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)計師馮琦坦言，工效學(xué)評價著實“折磨”了團隊一段時間。空間站設(shè)備24小時運轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生一定噪音，睡眠區(qū)要降噪，讓航天員睡個安穩(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識字體、大小、粗細、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？這就需要航天測控通信技術(shù)，即地面站對飛船、空間站等航天器，進行軌道測量、遙測遙控和數(shù)據(jù)傳輸。航天員要和地面對話、傳圖，地面站要對航天器定位、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“綜合化測控體系”。如果說前兩代系統(tǒng)都是保障和提升測控通信的基礎(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、全國產(chǎn)、高可靠”四大特點。“它既有傳統(tǒng)測控功能，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)?，非常?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)行測控任務(wù)時，就像在玩手機?！?/p>
在新一代測控系統(tǒng)中，從軟件到硬件，從基礎(chǔ)元器件到整機、系統(tǒng)，已實現(xiàn)國產(chǎn)化。
“近年來，我國載人航天測控覆蓋率無論從理論上還是實際使用中都能達到100%?！辈窳乇硎?，“換句話說，任何時間、任何地點，航天員們都能享受到祖國母親無微不至的呵護。而且無論是在關(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)，新一代載人航天測控通信系統(tǒng)已為開啟中國的空間站時代做好了準備。”柴霖說。
他們精研了這些系統(tǒng)部件
●安裝在核心艙和實驗艙內(nèi)的兩個空氣凈化子系統(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驗艙內(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”，不是那么簡單。兩個子系統(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)計時，還要兼顧零件的實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)補償技術(shù)”，使得整機復(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)人員運用實時安全減重虛擬驗證技術(shù)，通過自有多物理場耦合虛擬驗證平臺，針對兩個子系統(tǒng)進行三維建模，對整機進行了系統(tǒng)級優(yōu)化，減輕兩個子系統(tǒng)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)空間運輸委員會副主席楊宇光介紹說，核心艙內(nèi)部其實分為資源生活艙、居住艙，以及節(jié)點艙。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功能——
第一個是支持航天員長期在軌駐留，因為將來整個空間站建成后，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(xù)駐留很長一段時間，就像現(xiàn)在仍在使用的國際空間站一樣，只不過航天員會不停地輪換，這個空間站也會存在十幾年甚至更久。
要實現(xiàn)連續(xù)駐留就要有一個居住條件，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，未來加上兩個實驗艙后，整體能夠達到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)六個區(qū)域?！敝袊教炜萍技瘓F五院空間站系統(tǒng)總體主任設(shè)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)境和專用衛(wèi)生間，而且在就餐區(qū)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、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行控制的。有點類似未來空間站的“主腦”。
還有一個重要的任務(wù)，要驗證出艙技術(shù)。過去我們只在神舟七號時，航天員翟志剛出過一次艙，而未來有很多科學(xué)實驗都需要在艙外進行。
中國的空間站長什么樣
中國航天科技集團五院空間站系統(tǒng)副總設(shè)計師朱光辰曾經(jīng)打過一個形象的比喻：如果神舟飛船是一輛轎車，天宮一號和天宮二號就相當(dāng)于一室一廳的房子，而空間站就是三室兩廳還帶儲藏間，算是“豪宅”了?！叭摇敝负诵呐撎旌?、實驗艙問天和夢天三個艙段，“兩廳”指神舟載人飛船、天舟貨運飛船，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，其他的艙段都會安裝在它的接口上，它也是航天員長期駐留的主要生活場所。中國航天科技集團五院空間站核心艙結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計師施麗銘介紹，核心艙的長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，體積比國際空間站的任何一個艙位都大，航天員入駐后，活動空間非常寬敞。重量相當(dāng)于三輛大客車的空重重量，同樣也超過國際空間站的任何一個艙段。
核心艙成功發(fā)射意味著什么
1992年，中國載人航天發(fā)展正式確立了“三步走”的戰(zhàn)略。
第一步是載人飛船階段，在此期間我國完成了載人飛船的研制，實現(xiàn)了航天員天地往返等目標；
第二步是空間實驗室階段，我國不僅掌握了出艙活動、空間交會對接技術(shù)，而且成功驗證了航天員中期駐留太空、推進劑在軌補加、運送貨物補給等任務(wù)和技術(shù)；
第三步是空間站建設(shè)階段，我國將建造長期有人照料的空間站。
“天和”核心艙的發(fā)射標志著中國空間站在軌組裝建造全面展開，我國載人航天工程“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，今明兩年中國將接續(xù)實施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，實現(xiàn)中國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)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，將會踏入一個全新的階段。
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(tǒng)副總設(shè)計師柏林厚表示，空間站工程將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益，已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟、科技和綜合國力的重要標志。
“開展空間站工程，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)域先進技術(shù)發(fā)展，發(fā)揮著不可替代的作用?！卑亓趾裾J為，空間站作為長期在軌運行的“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展各類科學(xué)技術(shù)研究，推動科學(xué)技術(shù)進步。
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