潘晨 科技日报记者 付毅飞
(资料图片仅供参考)
空间站梦天实验舱发射入轨后，于北京时间2022年11月1日4时27分，成功对接于天和核心舱前向端口，整个交会对接过程历时约13小时。
后续，将按计划实施梦天实验舱转位，梦天实验舱将与天和核心舱、问天实验舱形成空间站“T”字基本构型组合体。
秉承中国航天事业奠基人钱学森提出的系统工程思想，历经十余年空间站研制历程，航天人将“建造太空家园”的心中宏图，绘成手中蓝图，用智慧和汗水铸成重器，彪炳史册。这背后，空间站系统独具特色、汇聚着智慧与匠心的总体设计，堪称我国航天器系统设计的又一次创新跨越。
系统设计与工程管理深度融合
“结果源自开头，起点通往终点。”五院空间站系统总指挥王翔表示，对于系统工程实践来说，科学思想先于工程实践。在空间站这样一个空前复杂的系统工程中，总体设计是“龙头”和“命脉”，一切工作肇始于此，归结于此。
如何把多个大型航天器在轨合理、高效组装起来？如何低成本、高效益实现长期在轨稳定运行？筑梦之初，总体设计人员面临着一连串难题。
五院空间站系统总设计师杨宏认为，必须依靠自立自强打破封锁，通过增强顶层设计，瞄准前沿系统谋划，提出适合国情的组装建造方案。他带领五院总体设计团队以“规模适度、留有发展空间”为设计思路，创造性地提出“利用舱段交会对接和转位机械臂进行平面转位、研制大型组合机械臂并与航天员协同进行舱外大型设施构建”方案。这一独具特色的总体设计方案，可以使我国在没有航天飞机等大型运输工具的情况下，完成积木加桁架混合构型的大型空间站在轨组装建造。
同时，“一个系统总体、三个舱段总体加上一套专业分系统团队”的工程组织架构，撑起了整体统一的管理，使天和、问天、梦天三个舱段的通用化率达80%，促进了系统方案优化。系统设计与工程管理深度融合，相得益彰。
随着梦天就位，中国空间站的基本部分已形成，将为巡天光学舱等后续扩展舱段奠定坚实基础。未来，中国空间站还能够在机械臂的辅助下进行扩展舱段的组装，形成十字形、干字形等扩展构型。
将“天地人和”融入总体设计
中国人自古讲求“天地人和”，如今这古老的智慧穿越时空，在空间站系统的总体设计中得到了体现。
在天上，组成空间站的各个舱段和来访飞船都是独立飞行器，对接后形成组合体。除了在结构上交会对接，信息系统和能源系统也要相互联接，确保动态并网、能力共享。此外，通过热控流体回路，热量也实现了跨舱传输、相互兼容。三舱互联互通，通过统一控制和管理实现动作协调、资源统筹使用，同时还具备跨航天器的系统重构能力，整体性能实现了“1+1+1＞3”。
在地面，五院建设了与“天宫”等比例的物理空间站，又采用数字孪生技术创建了数字空间站，形成了“天-地-数字”三站协同的运行模式，用飞行数据实时驱动并开展在轨状态预测、趋势评估，为空间站安全运行护航。
人，是空间站系统里具有决定性的要素。从中国空间站设计之初，到每次任务全程，五院设计团队都会和航天员充分沟通，将以人为本理念贯彻到底。一方面，他们从航天员的需求出发，通过优化设计不断提升空间站的舒适性和便利性。扫码识别的物资管理系统、天地双向视频、智能厨房……处处蕴藏着设计师们的精巧构思。另一方面，航天员的安全是重中之重。航天英雄杨利伟在首次飞天前，对总体设计人员说：“我信任你们。”这句话对设计团队来说，既是最好的肯定，也是最重的责任。
自立自强，用科技创新化解难题
空间站系统的总体设计，既有胸怀宇宙万象、驰骋天地间的酣畅淋漓，也屡屡遭遇“大象在瓷器店里跳舞”的棘手难题，更有横刀立马誓要守住的底线红线。这一切，最终都被总体设计人员巧妙化解。
早在空间站任务起步之初，杨宏便意识到，关键核心元器件一定是制约空间站长期可持续发展的瓶颈。秉持以国家重大型号引领基础技术突破的观点，他带领技术团队驻扎元器件研制一线攻关，一举突破了550万门宇航用元器件的技术瓶颈，解决了核心元器件“卡脖子”问题。此举不仅实现了对进口元器件的全部替代，打破了封锁壁垒，还迫使某国际元器件巨头公司主动遵从我们的标准生产产品。目前空间站系统核心元器件已实现全部国产化，真正将主动权掌握在自己手中。
同时，五院坚定地走科技自立自强之路，提前布局打造了宇航智造工程空间站示范项目，打通了研制过程全周期、全三维的模型数字化流程，开辟了新型数字化研制模式，使研制周期缩短了30%；攻克了可爬行机械臂等一系列拥有自主知识产权的关键技术，在发供电、物资循环利用效能和运行经济性等关键性能指标上实现了超越。
面对系统可靠性的难题，技术团队创立了在轨航天器安全性、可靠性、维修性“三性融合”的综合工作体系。这种不中断飞行、化繁为简的维修设计，在各种约束条件下，实现了整体系统优化和功能增强。
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