□本報(bào)記者 廉穎婷

11月3日9時(shí)32分，空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位。中國(guó)空間站三艙齊聚天宇，標(biāo)志著中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成，向著建成空間站的目標(biāo)邁出關(guān)鍵一步。

轉(zhuǎn)位完成后，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的主要任務(wù)包括為航天員在密封艙內(nèi)工作提供更好的保障條件，保證航天員安全；為開(kāi)展艙內(nèi)及艙外空間實(shí)（試）驗(yàn)提供保障條件；提供貨物氣閘，實(shí)現(xiàn)載荷與設(shè)備自動(dòng)進(jìn)出艙等。

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱航天科技集團(tuán)）五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔介紹，通過(guò)精心設(shè)計(jì)，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙具備一些個(gè)性鮮明的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

圖為中國(guó)空間站組合體示意圖。航天科技集團(tuán)五院供圖

空間站的控制大管家

在此次任務(wù)中，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙所裝備的部件資源，如發(fā)動(dòng)機(jī)、各類(lèi)敏感器等將與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和天舟貨運(yùn)飛船等并網(wǎng)工作，實(shí)現(xiàn)多艙段資源的統(tǒng)一調(diào)用。這個(gè)能夠統(tǒng)一調(diào)配資源保障空間站穩(wěn)定運(yùn)行的大管家，就是空間站制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)，是航天科技集團(tuán)五院502所專門(mén)為空間站量身打造的。

空間站運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有載人飛船、貨運(yùn)飛船頻繁的造訪和分離?？臻g站GNC系統(tǒng)這位控制大管家，除了能消除發(fā)射時(shí)核心艙與火箭分離過(guò)程姿態(tài)的偏差，來(lái)訪飛行器與核心艙對(duì)接和分離過(guò)程中對(duì)空間站姿態(tài)的干擾，以及艙段轉(zhuǎn)位后的姿態(tài)漂移，還能完成核心艙單艙和空間站組合體整個(gè)飛行任務(wù)期間姿態(tài)軌道的測(cè)量與控制，包括組合體飛行期間，各艙位置和姿態(tài)信息的共享，各艙發(fā)動(dòng)機(jī)的融合姿軌控等。不僅如此，它還要配合完成交會(huì)對(duì)接、航天員出艙、機(jī)械臂在軌操作、光學(xué)艙維護(hù)等任務(wù)，可謂重任在肩。

天和核心艙單艙達(dá)20多噸，加上“問(wèn)天”“夢(mèng)天”兩個(gè)各20多噸的實(shí)驗(yàn)艙，再加上有可能同時(shí)造訪的神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船等航天器，空間站最大擴(kuò)展時(shí)質(zhì)量將會(huì)達(dá)到近200噸。

作為大型、變結(jié)構(gòu)載人航天器，空間站的大質(zhì)量、大慣量、大干擾、大撓性和變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給空間站GNC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

可空間站不僅僅是大，其變化多姿的結(jié)構(gòu)也考驗(yàn)著GNC系統(tǒng)的控制能力。比如不同構(gòu)型下，空間站要在太空中完成同一個(gè)動(dòng)作“向左轉(zhuǎn)”，所需要調(diào)動(dòng)和能調(diào)動(dòng)的資源是不一樣的，所需要依靠和所能依靠的信息也是不同的，控制大管家要能根據(jù)當(dāng)前構(gòu)型自主選擇最優(yōu)控制方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)空間站的控制，保證各種構(gòu)型下空間站的精穩(wěn)控制。

隨著夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的就位，我國(guó)的空間站建造也正式進(jìn)入組合體運(yùn)營(yíng)階段。目前來(lái)看，空間站GNC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，表現(xiàn)上佳，為后續(xù)在軌運(yùn)行管理奠定了良好基礎(chǔ)。

“艙內(nèi)外過(guò)渡”應(yīng)用拓展

載人航天活動(dòng)的重要目的之一，是發(fā)揮人在現(xiàn)場(chǎng)的作用，既包括航天員處置問(wèn)題時(shí)的主觀能動(dòng)性，也包括充分發(fā)揮人工操作技巧。然而，航天員在艙內(nèi)與艙外的工作能力、尤其是精細(xì)操作能力，有天壤之別。

艙外活動(dòng)時(shí)，受艙外服和手套等限制，航天員的觀察、操作空間及工具使用能力等均受到極大限制，即便使用專門(mén)設(shè)計(jì)的專用工具，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到艙內(nèi)作業(yè)的精準(zhǔn)水平。相比之下，只要工具合適，地面能進(jìn)行的工作都可以由航天員艙內(nèi)在軌完成。

王翔介紹，自動(dòng)化貨物氣閘艙正好提供了一個(gè)“艙內(nèi)外過(guò)渡”的工作間。大型載荷部件在此進(jìn)行裝配和測(cè)試后，可以整體送出艙外。艙外載荷也可以先搬到這里，艙室經(jīng)復(fù)壓后，由航天員在艙內(nèi)操作完成拆解、維修、維護(hù)等工作。

更進(jìn)一步，這個(gè)工作間具備了現(xiàn)場(chǎng)裝配微小衛(wèi)星并釋放的潛力。

“綜合來(lái)看，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙補(bǔ)充并增強(qiáng)了空間站的綜合能力，提高了系統(tǒng)可靠性。其個(gè)性化能力則進(jìn)一步強(qiáng)化了空間站的‘太空母港’作用，對(duì)于載荷的保障能力更強(qiáng)，也將拓展有人參與的航天飛行與在軌工作模式?！蓖跸枵f(shuō)。

數(shù)字化手段提高效率

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙經(jīng)歷了4年方案論證、6年初樣研制、2年正樣研制，僅總體方案設(shè)計(jì)便經(jīng)歷了三起三落。“我們要做一個(gè)有溫度的艙。”航天科技集團(tuán)八院805所載人航天總體專業(yè)副總設(shè)計(jì)師周濤說(shuō)。她帶領(lǐng)隊(duì)伍嘗試智能總體設(shè)計(jì)，解決了多個(gè)研制過(guò)程中出現(xiàn)的技術(shù)難題，有力推動(dòng)了夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的總體研制工作。

“規(guī)模龐大、系統(tǒng)復(fù)雜”是大家對(duì)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的印象。雖然在方案階段，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)于夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的設(shè)計(jì)難度有所認(rèn)識(shí)，但是進(jìn)入初樣設(shè)計(jì)后，還是被這樣一個(gè)巨系統(tǒng)的復(fù)雜程度震驚了——千余臺(tái)設(shè)備、20多萬(wàn)米的導(dǎo)線，給設(shè)計(jì)和研制帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

為此，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在方案階段就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到數(shù)字化手段是提高工作效率的最好的工具，率先編制了航天科技集團(tuán)八院首個(gè)型號(hào)級(jí)的數(shù)字化大綱，作為工程實(shí)施的依據(jù)。

“900多臺(tái)套設(shè)備的智能化布局與總裝，生成供配電大圖和信息大圖，1000多根電纜的接點(diǎn)由10萬(wàn)多個(gè)接口數(shù)據(jù)接點(diǎn)自動(dòng)生成，電纜路徑和長(zhǎng)度的自動(dòng)生成，飛行程序的自動(dòng)編排等，這些都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計(jì)，用應(yīng)用軟件進(jìn)行實(shí)施，極大提高了研制效率和質(zhì)量。”航天科技集團(tuán)八院副總設(shè)計(jì)師郭文龍介紹說(shuō)。

一個(gè)龐大的飛行器的測(cè)試工作需要一個(gè)同等體量的地面綜合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行支撐，猶如飛行器的地面診療系統(tǒng)，為飛行器把脈通關(guān)?！帮w行器的規(guī)模有多大，鏈路有多少，機(jī)構(gòu)有多少，就需要多少的地面設(shè)備進(jìn)行模擬和支持?！焙教炜萍技瘓F(tuán)八院805所綜測(cè)技術(shù)負(fù)責(zé)人邵瓊說(shuō)。

為提高測(cè)試效率和質(zhì)量，805所的設(shè)計(jì)師們?cè)跍y(cè)試中引入“測(cè)試序列+語(yǔ)音播報(bào)”方式，可以支持兩臺(tái)設(shè)備并行進(jìn)行指令發(fā)出，并賦予分系統(tǒng)發(fā)指令申請(qǐng)的功能，極大提高了測(cè)試工作效率。隨后又開(kāi)發(fā)了自動(dòng)判讀功能，遠(yuǎn)程測(cè)試功能，提升了整套綜合測(cè)試設(shè)備的能力。

“959臺(tái)單機(jī)設(shè)備、3470個(gè)產(chǎn)品接插件、1832個(gè)備附件、368個(gè)穿艙插件、780個(gè)非密封轉(zhuǎn)接件、850個(gè)繼電器、1267個(gè)熱敏電阻和440個(gè)加熱回路?！边@些數(shù)字在航天科技集團(tuán)八院總體副主任設(shè)計(jì)師孟瑤口中娓娓道來(lái)。從夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙立項(xiàng)開(kāi)始，孟瑤便擔(dān)負(fù)起研制技術(shù)流程、各階段狀態(tài)確認(rèn)和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作，最終迎來(lái)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利出廠的好消息。