潘晨 科技日?qǐng)?bào)記者 付毅飛
空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射入軌后，于北京時(shí)間2022年11月1日4時(shí)27分，成功對(duì)接于天和核心艙前向端口，整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程歷時(shí)約13小時(shí)。
后續(xù)，將按計(jì)劃實(shí)施夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙形成空間站“T”字基本構(gòu)型組合體。
秉承中國(guó)航天事業(yè)奠基人錢(qián)學(xué)森提出的系統(tǒng)工程思想，歷經(jīng)十余年空間站研制歷程，航天人將“建造太空家園”的心中宏圖，繪成手中藍(lán)圖，用智慧和汗水鑄成重器，彪炳史冊(cè)。這背后，空間站系統(tǒng)獨(dú)具特色、匯聚著智慧與匠心的總體設(shè)計(jì)，堪稱(chēng)我國(guó)航天器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的又一次創(chuàng)新跨越。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程管理深度融合
“結(jié)果源自開(kāi)頭，起點(diǎn)通往終點(diǎn)?！蔽逶嚎臻g站系統(tǒng)總指揮王翔表示，對(duì)于系統(tǒng)工程實(shí)踐來(lái)說(shuō)，科學(xué)思想先于工程實(shí)踐。在空間站這樣一個(gè)空前復(fù)雜的系統(tǒng)工程中，總體設(shè)計(jì)是“龍頭”和“命脈”，一切工作肇始于此，歸結(jié)于此。
如何把多個(gè)大型航天器在軌合理、高效組裝起來(lái)？如何低成本、高效益實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在軌穩(wěn)定運(yùn)行？筑夢(mèng)之初，總體設(shè)計(jì)人員面臨著一連串難題。
五院空間站系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊宏認(rèn)為，必須依靠自立自強(qiáng)打破封鎖，通過(guò)增強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，瞄準(zhǔn)前沿系統(tǒng)謀劃，提出適合國(guó)情的組裝建造方案。他帶領(lǐng)五院總體設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以“規(guī)模適度、留有發(fā)展空間”為設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)造性地提出“利用艙段交會(huì)對(duì)接和轉(zhuǎn)位機(jī)械臂進(jìn)行平面轉(zhuǎn)位、研制大型組合機(jī)械臂并與航天員協(xié)同進(jìn)行艙外大型設(shè)施構(gòu)建”方案。這一獨(dú)具特色的總體設(shè)計(jì)方案，可以使我國(guó)在沒(méi)有航天飛機(jī)等大型運(yùn)輸工具的情況下，完成積木加桁架混合構(gòu)型的大型空間站在軌組裝建造。
同時(shí)，“一個(gè)系統(tǒng)總體、三個(gè)艙段總體加上一套專(zhuān)業(yè)分系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)”的工程組織架構(gòu)，撐起了整體統(tǒng)一的管理，使天和、問(wèn)天、夢(mèng)天三個(gè)艙段的通用化率達(dá)80%，促進(jìn)了系統(tǒng)方案優(yōu)化。系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程管理深度融合，相得益彰。
隨著夢(mèng)天就位，中國(guó)空間站的基本部分已形成，將為巡天光學(xué)艙等后續(xù)擴(kuò)展艙段奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來(lái)，中國(guó)空間站還能夠在機(jī)械臂的輔助下進(jìn)行擴(kuò)展艙段的組裝，形成十字形、干字形等擴(kuò)展構(gòu)型。
將“天地人和”融入總體設(shè)計(jì)
中國(guó)人自古講求“天地人和”，如今這古老的智慧穿越時(shí)空，在空間站系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中得到了體現(xiàn)。
在天上，組成空間站的各個(gè)艙段和來(lái)訪飛船都是獨(dú)立飛行器，對(duì)接后形成組合體。除了在結(jié)構(gòu)上交會(huì)對(duì)接，信息系統(tǒng)和能源系統(tǒng)也要相互聯(lián)接，確保動(dòng)態(tài)并網(wǎng)、能力共享。此外，通過(guò)熱控流體回路，熱量也實(shí)現(xiàn)了跨艙傳輸、相互兼容。三艙互聯(lián)互通，通過(guò)統(tǒng)一控制和管理實(shí)現(xiàn)動(dòng)作協(xié)調(diào)、資源統(tǒng)籌使用，同時(shí)還具備跨航天器的系統(tǒng)重構(gòu)能力，整體性能實(shí)現(xiàn)了“1+1+1＞3”。
在地面，五院建設(shè)了與“天宮”等比例的物理空間站，又采用數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)建了數(shù)字空間站，形成了“天-地-數(shù)字”三站協(xié)同的運(yùn)行模式，用飛行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)并開(kāi)展在軌狀態(tài)預(yù)測(cè)、趨勢(shì)評(píng)估，為空間站安全運(yùn)行護(hù)航。
人，是空間站系統(tǒng)里具有決定性的要素。從中國(guó)空間站設(shè)計(jì)之初，到每次任務(wù)全程，五院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都會(huì)和航天員充分溝通，將以人為本理念貫徹到底。一方面，他們從航天員的需求出發(fā)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷提升空間站的舒適性和便利性。掃碼識(shí)別的物資管理系統(tǒng)、天地雙向視頻、智能廚房……處處蘊(yùn)藏著設(shè)計(jì)師們的精巧構(gòu)思。另一方面，航天員的安全是重中之重。航天英雄楊利偉在首次飛天前，對(duì)總體設(shè)計(jì)人員說(shuō)：“我信任你們?！边@句話(huà)對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，既是最好的肯定，也是最重的責(zé)任。
自立自強(qiáng)，用科技創(chuàng)新化解難題
空間站系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，既有胸懷宇宙萬(wàn)象、馳騁天地間的酣暢淋漓，也屢屢遭遇“大象在瓷器店里跳舞”的棘手難題，更有橫刀立馬誓要守住的底線紅線。這一切，最終都被總體設(shè)計(jì)人員巧妙化解。
早在空間站任務(wù)起步之初，楊宏便意識(shí)到，關(guān)鍵核心元器件一定是制約空間站長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。秉持以國(guó)家重大型號(hào)引領(lǐng)基礎(chǔ)技術(shù)突破的觀點(diǎn)，他帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)駐扎元器件研制一線攻關(guān)，一舉突破了550萬(wàn)門(mén)宇航用元器件的技術(shù)瓶頸，解決了核心元器件“卡脖子”問(wèn)題。此舉不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)口元器件的全部替代，打破了封鎖壁壘，還迫使某國(guó)際元器件巨頭公司主動(dòng)遵從我們的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)產(chǎn)品。目前空間站系統(tǒng)核心元器件已實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化，真正將主動(dòng)權(quán)掌握在自己手中。
同時(shí)，五院堅(jiān)定地走科技自立自強(qiáng)之路，提前布局打造了宇航智造工程空間站示范項(xiàng)目，打通了研制過(guò)程全周期、全三維的模型數(shù)字化流程，開(kāi)辟了新型數(shù)字化研制模式，使研制周期縮短了30%；攻克了可爬行機(jī)械臂等一系列擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，在發(fā)供電、物資循環(huán)利用效能和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等關(guān)鍵性能指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了超越。
面對(duì)系統(tǒng)可靠性的難題，技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立了在軌航天器安全性、可靠性、維修性“三性融合”的綜合工作體系。這種不中斷飛行、化繁為簡(jiǎn)的維修設(shè)計(jì)，在各種約束條件下，實(shí)現(xiàn)了整體系統(tǒng)優(yōu)化和功能增強(qiáng)。
