揭秘中國(guó)空間站系統總體(tǐ)設計

近日，随着夢天實驗艙與天和核心艙、問天實驗艙在太空緊緊相擁，中國(guó)空間站在軌建造階段的最後一個艙段，配齊。

　　獨具特色、渾然天成的中國(guó)空間站系統總體(tǐ)設計，是對我國(guó)航天器系統設計的又一次創新(xīn)跨越，閃耀着中國(guó)智慧，昭顯了匠心之美。下面，就讓記者帶您走進抓總設計研制空間站系統的中國(guó)航天科(kē)技(jì )集團有限公司第五研究院（以下簡稱“航天科(kē)技(jì )集團五院”），一探究竟。

　　“立足當下、着眼長(cháng)遠(yuǎn)”的戰略觀

　　“結果源自開頭，起點通往終點”，航天科(kē)技(jì )集團五院空間站系統總指揮王翔認為(wèi)，對于系統工程實踐來說，科(kē)學(xué)思想先于工程實踐——而這，正反映了我國(guó)建設空間站“立足當下、着眼長(cháng)遠(yuǎn)”的戰略觀。

　　“必須獨立自主，靠中國(guó)人自己的力量建成空間站！”航天科(kē)技(jì )集團五院空間站系統總設計師楊宏堅定地表示，“要依靠自立自強打破封鎖，通過增強頂層設計，瞄準前沿系統謀劃，提出适合我國(guó)國(guó)情的組裝(zhuāng)建造方案。”為(wèi)此，他(tā)帶領總體(tǐ)設計團隊，秉持“1+N=1”的設計理(lǐ)念，以“規模适度、留有發展空間”為(wèi)設計思路，踏上了巧思釋放、活力湧流的設計之旅。最終，他(tā)們創造性地提出“利用(yòng)艙段交會對接和轉位機械臂進行平面轉位、研制大型組合機械臂并與航天員協同進行艙外大型設施構建”的方案。這一獨具特色的總體(tǐ)設計方案，可(kě)以使我國(guó)在沒有航天飛機等大型運輸工具的情況下，完成積木(mù)加桁架混合構型的大型空間站在軌組裝(zhuāng)建造。

　　從理(lǐ)想走向現實，需要科(kē)學(xué)、統一的技(jì )術體(tǐ)制有力地組織。于是，“一個系統總體(tǐ)、三個艙段總體(tǐ)加上一套專業分(fēn)系統團隊”的工程組織架構如宏偉的建築拔地而起，輔以“整體(tǐ)統一”管理(lǐ)（天和、問天、夢天三個艙段通用(yòng)化率達80%），不僅促進了空間站系統的方案優化，還令系統設計與工程管理(lǐ)深度融合，相得益彰。

　　在天和核心艙與問天實驗艙組合形成L形後，夢天實驗艙的就位，使三艙構成一個可(kě)靠的T字形組合體(tǐ)，成為(wèi)空間站的基本部分(fēn)，為(wèi)後續擴展巡天光學(xué)艙等艙段奠定堅實的基礎。未來，中國(guó)空間站還能(néng)夠在機械臂的輔助下繼續組裝(zhuāng)，形成“十”字形、“幹”字形等擴展構型。

　　在王翔看來，變化的過程和結果都源自設計，“萬變而不離其宗”。

　　“天-地-人”和諧共處的整體(tǐ)觀

　　中國(guó)人講求“天地人和”，把整個宇宙看作(zuò)一個大系統。這樣的智慧，在空間站系統的總體(tǐ)設計中體(tǐ)現得淋漓盡緻。通過在衆多(duō)約束條件下創造最大價值的總體(tǐ)設計，讓天、地、人三大要素融為(wèi)相輔相成的有機整體(tǐ)。

　　先看天上。組成空間站的各個艙段和來訪飛船都是獨立的飛行器，交會對接後形成組合體(tǐ)，通過“最強大腦”統一管控。除了在結構上對接，組合體(tǐ)的信息和能(néng)源系統也相互連接，動态并網、能(néng)力共享，像“神經”和“血液”一樣暢通無阻。此外，通過熱控流體(tǐ)回路，熱量也能(néng)實現跨艙傳輸、相互兼容。“如此，三艙互聯互通，且具備跨航天器的系統重構能(néng)力，整體(tǐ)性能(néng)大幅超越各航天器功能(néng)的簡單集合。”楊宏說。

　　再看地面。航天科(kē)技(jì )集團五院建設了一個與“天宮”等比例的物(wù)理(lǐ)空間站，并采用(yòng)數字孿生技(jì )術創建數字空間站，共同形成“天-地-數字”三站協同的新(xīn)型運行模式，用(yòng)飛行數據實時驅動、開展在軌狀态預測、趨勢評估。此外，該院還抽調骨幹力量成立飛控隊伍，從天和核心艙發射前夕開始就堅持三班倒、連軸轉的空間站作(zuò)息模式，24小(xiǎo)時不停監控天上的狀态，默默守護。“一年多(duō)來，這支隊伍經受住各種複雜在軌構型和各類任務(wù)的考驗，身經百戰，具備了過硬本領，将為(wèi)後續長(cháng)期在軌運營任務(wù)提供可(kě)靠支撐。”王翔評價。

　　人，是空間站系統裏具有決定性的要素。不論是最初設計空間站，還是每次執行任務(wù)的全過程，總體(tǐ)設計團隊都會和航天員進行充分(fēn)溝通，将以人為(wèi)本的理(lǐ)念貫徹到底。幹淨整潔的艙内環境、掃碼識别的物(wù)資管理(lǐ)系統、天地雙向視頻、智能(néng)廚房等，都蘊藏着設計師們的精(jīng)巧構思與人本情懷。“一方面，從航天員的需求出發，通過設計不斷提升舒适性和便利性，打造一個讓航天員身體(tǐ)健康、心情愉悅的太空之家；另一方面，确保航天員的安(ān)全是首要任務(wù)，在設計之初就要系統地将安(ān)全性、可(kě)靠性考慮充分(fēn)。”楊宏介紹。

　　首次飛天前，航天英雄楊利偉對總體(tǐ)設計人員說，“我信任你們”。在他(tā)們看來，這句話既是最重的責任，也是最棒的肯定。“人為(wèi)天地客”，在中國(guó)空間站系統工程中，“天-地-人”和諧共處、相互成就。

　　發揮新(xīn)型舉國(guó)體(tǐ)制優勢的發展觀

　　縱觀空間站系統的總體(tǐ)設計，既有胸懷宇宙萬象、馳騁天地間的酣暢寫意，也曾屢遭“大象在瓷器店(diàn)裏跳舞”的棘手難題，更有橫刀(dāo)立馬誓要守住的底線(xiàn)紅線(xiàn)。隻是，後者被總體(tǐ)設計人員以發展的眼光和辯證的思維極早洞見并巧妙化解了。

　　早在空間站任務(wù)起步之初，楊宏便意識到，關鍵核心元器件一定是制約空間站長(cháng)期可(kě)持續發展的瓶頸。遵循“以國(guó)家重大型号引領基礎技(jì )術突破”的思路，他(tā)帶領技(jì )術團隊駐紮元器件研制一線(xiàn)，一舉突破550萬個宇航用(yòng)元器件的技(jì )術瓶頸，解決了核心元器件“卡脖子”問題。目前，中國(guó)空間站系統的核心元器件已全部實現國(guó)産化。

　　早在數年前，航天科(kē)技(jì )集團五院就提早布局，打造宇航智造工程空間站示範項目，打通研制過程全周期、全三維的模型數字化流程，開辟新(xīn)型數字化研制模式，将研制周期縮短了30%。同時，空間站總體(tǐ)設計團隊執着追求，攻克了可(kě)爬行機械臂等一系列擁有自主知識産權的關鍵技(jì )術，在發供電(diàn)、物(wù)資循環利用(yòng)和運行經濟性等關鍵性能(néng)指标上不斷超越，使一個又一個中國(guó)創新(xīn)奇迹閃耀太空。

　　面對空間站系統可(kě)靠性的難題，總體(tǐ)設計團隊潛心鑽研、匠心獨運，創立了在軌航天器安(ān)全性、可(kě)靠性、維修性“三性融合”的綜合工作(zuò)體(tǐ)系——這種不中斷飛行、化繁為(wèi)簡的維修設計，能(néng)在各種約束條件下實現整體(tǐ)系統的優化和功能(néng)增強。

　　在王翔眼中，中國(guó)空間站系統工程無疑是新(xīn)時代發揮新(xīn)型舉國(guó)體(tǐ)制優勢、集中力量辦大事的生動範例。創新(xīn)+匠心，使中國(guó)空間站成為(wèi)宇宙空間一顆耀眼的“明星”。我們有理(lǐ)由相信，以總體(tǐ)設計賦能(néng)美好太空家園的圖景，将在更多(duō)的空間技(jì )術領域得到充分(fēn)演繹和生動展現。

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