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”戰略邁出最后一步。
“天和”核心艙發射圓滿成功，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、第三代“綜合化測控體系”再到火工裝置、環控生保裝置、伺服機構、箭上電纜網……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。”七院七部宇航室主任蔣琳介紹，“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’。”
在此次“天和”核心艙的研制中，七院承研了15個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品研制。換句話說，今后空間站在軌運行，全球人民通過艙內攝像機看到的，都是七院研制的產品。
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，他們往往承受著巨大的心理壓力。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）產品雖不直接決定任務的成敗，但卻決定著航天員在太空駐留期間的幸福指數和舒適程度。
同時，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；航天員在軌長期駐留，同樣需要巨量的空間站運營物資。這些物資數以萬計，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，設計開發一套智能化、自動化、數據化的物資管理系統勢在必行。
相關文獻鳳毛麟角。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。大到儀器設備，小到螺絲螺母，上萬件核心艙物資，以及后續對接艙段的物資，物資管理分系統都要管。
為此，團隊引入了時下最流行的自動識別技術——RFID技術，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。當航天員需要某件物品，系統自動會計算出最優取用路線，并進行三維可視化引導。同時，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。
評價是否“好用”的人機工效學是一道必須要邁的門檻。七院七部物資管理分系統總體設計師馮琦坦言，工效學評價著實“折磨”了團隊一段時間。空間站設備24小時運轉，會產生一定噪音，睡眠區要降噪，讓航天員睡個安穩覺；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、位置都有明確規定……
他們維持著天地之間的唯一聯系
●聯系“天和”核心艙的“生命線”，由十所打造
“天和”如何與地面保持聯系？這就需要航天測控通信技術，即地面站對飛船、空間站等航天器，進行軌道測量、遙測遙控和數據傳輸。航天員要和地面對話、傳圖，地面站要對航天器定位、調姿、發送指令，都離不開這一技術。航天測控通信是航天器升空后與地面唯一的聯系，因此也被稱為航天器的“生命線”。
這根聯系“天和”核心艙的“生命線”，就是由十所傾力鑄造的。
記者了解到，此次發射，首次應用了第三代“綜合化測控體系”。如果說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、高可靠”四大特點。“它既有傳統測控功能，又有高速數據傳輸功能，而且這兩類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，為操作手帶來了極大的便利。操作手在執行測控任務時，就像在玩手機。”
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，已實現國產化。
“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%。”柴霖表示，“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。而且無論是在關鍵弧段還是常態化運行，都能保障航天員與地面的高質量語音、圖像和上網服務，與在地面無分別。”
“可以說，憑借高超的技術能力、完善貼心的服務，新一代載人航天測控通信系統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部件
●安裝在核心艙和實驗艙內的兩個空氣凈化子系統，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。這兩個子系統就像“空氣凈化器”，是環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驗艙內，用于凈化艙內的氣體環境，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”，不是那么簡單。兩個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。在管路件結構優化設計時，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。
研發人員通過采用“尺寸鏈積累誤差預補償技術”，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，研發人員運用實時安全減重虛擬驗證技術，通過自有多物理場耦合虛擬驗證平臺，針對兩個子系統進行三維建模，對整機進行了系統級優化，減輕兩個子系統的重量，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的“首飛”航天器，是中國空間站的關鍵艙段。國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光介紹說，核心艙內部其實分為資源生活艙、居住艙，以及節點艙。從未來空間站的基本功能來講，此次發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駐留很長一段時間，就像現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。
要實現連續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區域。”中國航天科技集團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境和專用衛生間，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、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控生保系統（環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，要驗證出艙技術。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副總設計師朱光辰曾經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。“三室”指核心艙天和、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構分系統主任設計師施麗銘介紹，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。
核心艙成功發射意味著什么
1992年，中國載人航天發展正式確立了“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，實現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，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和技術；
第三步是空間站建設階段，我國將建造長期有人照料的空間站。
“天和”核心艙的發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”戰略成功邁出第三步。
按照空間站建造任務規劃，今明兩年中國將接續實施11次飛行任務，包括3次空間站艙段發射、4次貨運飛船以及4次載人飛船發射，于2022年前后完成空間站在軌建造，實現中國載人航天工程“三步走”發展戰略“第三步”的任務目標。中國在世界航天領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副總設計師柏林厚表示，空間站工程將產生巨大經濟效益和社會效益，已經成為衡量一個國家經濟、科技和綜合國力的重要標志。
“開展空間站工程，將從國家全產業鏈角度，極大地引領和帶動包括空間科學、生命科學等多種前沿學科和原材料、元器件、智能制造等多領域先進技術發展，發揮著不可替代的作用。”柏林厚認為，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、超潔凈環境也可以充分用于開展各類科學技術研究，推動科學技術進步。
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