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中国空间站长啥样?三室两厅“豪宅”航天员能健身跑步

中国空间站一旦建成,意味着中国人在太空有了一个“家”。中国的空间站长啥样?有何功能?中国航天科技集团有限公司五院空间站核心舱结构分系统主任设计师施丽铭介绍说,有别于国际空间站,也跟天宫一号目标飞行器不同。天和核心舱是中国空间站的关键舱段,它就好比是大树的树干,其他的舱段都会安装在它的接口上,如同大树的根、枝、叶,不断向外延伸。所以,天和核心舱有一个庞大的躯体和结实的身板。核心舱的体积非常大,长度比五层楼房还要高,直径比火车和地铁的车厢还要宽不少,体积比国际空间站的任何一个舱位都大,航天员入驻后,活动空间非常宽敞。此外,核心舱的重量相当于3辆大客车的空重重量,同样也超过国际空间站的任何一个舱段。

中国空间站是三室两厅“豪宅”

航天科技集团五院空间站系统副总设计师朱光辰比喻说,如果神舟飞船是一辆轿车,天宫一号和天宫二号就相当于一室一厅的房子,而空间站就是三室两厅还带储藏间,算是“豪宅”了。

施丽铭介绍说,天和核心舱由节点舱,大、小柱段,后端通道和资源舱组成,发射升空后,将为航天员提供太空科学和居住环境,支持长期在轨驻留,承接载人飞船和货运飞船的对接停靠。它的设计寿命是 15 年,并可通过维修延长寿命。空间站构型极其复杂,舱体多,不仅各个飞行器相当于一颗颗“卫星”,而且各飞行器不同的组合,又变成了一个个新的航天器。比如,核心舱是一个独立的航天器,和载人飞船对接后,哥俩又变成了一个新的组合体,相当于一个新的“航天器”同样,跟货运飞船对接组合后也是如此。所以,研制团队面临着力学问题、通信问题、电源问题,甚至失重、辐射和太阳光照等各种挑战和阻力。

为此,空间站抓总研制单位——航天科技集团五院,从设计伊始,就充分考虑了各种因素,为核心舱配置了灵活的大脑和神经——数管分系统,设计了相当于冷暖空调的皮肤——热控分系统,随时调节体温;装备了强大有力的手臂——大型空间机械臂。航天科技集团五院空间机械臂产品保证经理熊明华介绍说,空间站机械臂项目曾入选“中国智能制造十大科技进展”,“全部核心部件实现国产化,负载自重比、操控精度等指标达到世界领先水平”,是中国空间站组装建造、运营管理、维护服务和空间应用的核心装备,是辅助航天员工作的“最佳助理”。为了测量核心舱这个庞然大物在发射过程中到底能承受多大的载荷,五院设计师们为核心舱一共布了 300 多个传感器,测量了 900 多路信号,可谓“用心良苦”。

航天员有独立房间和卫生间 可在太空跑步健身

航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊昨天介绍说,天和核心舱的密封舱内配置了工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。不仅能够保证每名航天员都有独立的睡眠环境和专用卫生间,而且在就餐区配置了微波炉、冰箱、饮水机、折叠桌等家居,还配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材,以满足航天员日常锻炼。

此外,舱内情景照明可由手机 APP 控制。说到手机,核心舱不仅配上了,可以实现在轨航天员之间通话和天地通话;还配了天地视频通话设备,可以实现与地面的双向视频通话;此外,还有可以支持航天员收发电子邮件的测控通信网和相关设备。“航天员在太空上网,跟我们在地面上上网没什么区别,航天员还可以随时接通地面电话和地面通话。”张昊说。中国的“太空之家”真是太舒适、太便利了。核心舱已就位,只等航天员来入住了。

自带“长寿秘方”寿命能达到15年

花费如此多心血建成的空间站,自然要尽可能使用久一些。如同汽车,在使用一定年限和里程后要报废一样,空间站也没有永久寿命,只要使用,只要有人居住、工作和进行科学实验,就会有损耗。那么中国空间站采取了哪些措施来保证长期在轨稳定运行呢?航天科技集团五院空间站系统副总设计师侯永青昨天介绍说,中国空间站设计在轨飞行 10 年,具备延寿到15 年的能力。为了保证空间站在轨不小于 15 年长寿命要求,从设计伊始,就开展了长寿命、可靠性、维修性、安全性一体化设计。具体来讲,就是以系统和产品的长寿命和固有可靠性设计为基础,配合开展系统和产品在轨故障诊断、处置预案设计、维修性设计,以实现长寿命、可靠性的既定目标。

空间站在太空中安家后,将面对来自宇宙的各种威胁和挑战,比如,原子氧、紫外辐照、真空、温度交变、空间碎片以及微重力等等,这些危险元素可能会造成空间站的材料性能衰退,或者诱发故障,从而制约舱外电缆、表面涂层、光学镜头等产品和设备的使用寿命。

虽然中国空间站有一个结实的身板,但是再强的壮汉也免不了头疼脑热、磕磕碰碰,生病、受伤在所难免。“影响天和核心舱舱体主结构长寿命的因素主要有疲劳损伤、意外损伤和腐蚀三种模式。”航天科技集团五院空间站系统总体主管设计师夏乔丽说。疲劳损伤,顾名思义就是在轨后长期受到内压、温度变化以及大部件运动的作用和影响,一些应力相对集中的部位以及运动部件连接的结构处可能会出现疲劳损伤。意外损伤则是指空间站在轨运行后,在微流星、空间碎片撞击等意外损伤的条件下,有可能会出现较大的裂纹,从而引起舱体泄露、舱体开窗、撕裂等灾难性事故。而腐蚀主要是由于密封舱内环境温度变化、湿度变化等因素,舱体主结构面临腐蚀的风险。此外,在运输及总装过程中,舱体通过海运运到海南文昌航天发射场,路途中会有盐雾环境,有发生盐雾腐蚀的可能。

为了最大限度的减少损坏和伤害,设计团队想方设法让空间站变得更结实、更强壮。“在天和核心舱主结构设计时,我们从抗腐蚀、抗疲劳、抗断裂三个维度进行了综合分析和评价,从材料选择、结构设计、构型、参数设计等方面进行了科学优化的设计,并从材料到构件到舱段都进行了仿真验证,以确保长寿命。”航天科技集团五院空间站系统结构分系统主任设计师施丽铭介绍说。此外,针对长寿命问题,结构研制团队还创新设计了健康监测子系统。这个新增的子系统就像体检医生一样,能够在轨对承受的载荷以及自身的结构状态进行实时监测,也能够对空间碎片等“飞来横祸”进行监测、定位和报警,一旦有发现有空间碎片撞击上来,能迅速及时地报警,第一时间通知地面和航天员,立即处理。

为了应对空间碎片等“劲敌”的攻击,天和核心舱热控分系统针对长寿命可靠性问题,在载人二期的基础上,开展了健壮性设计,为空间站安装了两条相当于“大动脉”的管子——热管辐射器,以便减少流体管在外暴露的面积,大大降低被空间碎片击穿的风险。就像家里使用的水管子、水龙头,用上几年可能就坏了,必须及时更换、维修,否则家里容易闹“水灾”和用水危机,空间站的热控分系统决不能坏掉,特别是有着热控回路系统心脏之称的“回路泵”,必须是可维修的。航天科技集团五院空间站热控分系统主任设计师韩海鹰介绍说。

空间站在轨长寿命的秘方还有很多,比如舱体结构密封圈、壁板、各种阀门、各种管路等,都在可靠性和长寿命方面进行了巧妙的设计,这里就不一一赘述了。“千言万语汇成一句话,就是空间站采取了以设备长寿命设计为基础,结合可靠性设计,补充在轨维修的策略,确保长寿命。”侯永青说。

欧阳自远:我国空间站具有后发优势

核心舱作为我国寿命设计要求最长的一个飞行器,10年的在轨飞行对所有产品的长寿命提出了最高要求。太阳翼作为舱外产品,要面对的空间环境极其恶劣,除了需要经历

88000 次±100℃的高低温循环外,还要经受低轨环境中原子氧、等离子体、紫外辐照、电离辐照等多种空间环境的考验。团队历经多年攻关,地面完成了 40万次热真空疲劳寿命试验、100万次常温常压寿命试验,充分验证了产品的高可靠、长寿命。

按照计划,国际空间站最初的服役期限为2015年,之后被延长两次,分别至2020年和2024年。鉴于国际空间站已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期。届时,中国的空间站建成后,将成为世界上唯一的空间站。

探月工程首席科学家欧阳自远院士在接受本报记者采访时表示,我国空间站建设虽然起步不算早,但起点很高,相比现在的国际空间站,具有很大的后发优势。他也对我国空间站建设非常期待。

广州日报·新花城记者:肖欢欢通讯员庞丹

广州日报·新花城编辑:蔡凌跃



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原文地址《 中国空间站长啥样?三室两厅“豪宅”航天员能健身跑步》发布于2021-5-3

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