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太空|天舟二号发射成功 将首次实现与空间站交会对接 中国空间站“长寿”有“秘方”

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太空|天舟二号发射成功 将首次实现与空间站交会对接 中国空间站“长寿”有“秘方”
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29日 ， 长征七号遥三运载火箭成功将天舟二号送入轨道 ， 这是中国空间站建造阶段的第二次发射 ， 天舟二号货运飞船是空间站唯一的专属“快递小哥” ， 将首次实现与空间站的交会对接 。 航天科技集团五院空间站系统副总设计师侯永青告诉采访人员：“天舟将为空间站送去航天员在空间站上所需的生活用品 ， 开展空间科学实验以及天和核心舱补加的推进剂 。 在中国空间站在轨飞行期间 ， 天舟将多次往返空间站与地球之间 。 ”
我国的空间站预期运行寿命多少年？“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 ， 我们从设计伊始 ， 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 。 ”侯永青说 。
“强身健体” ， 应对“空间碎片”等威胁
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 。
“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 。 ”五院空间站系统总体主管设计师夏乔丽说 。 疲劳损伤和腐蚀都不难理解 ， 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 。
为了最大限度地减少损坏和伤害 ， 五院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 。 ”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 。 它还能对舱内的压力情况进行监测 ， 根据不同的压力指标进行分级报警 。
“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 ， 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 。 ”该院庞丹向采访人员介绍说 。
超长陪伴 ， 确保空间站“耳聪目明”
5G的通信速率够快了吧？从天和核心舱发往地面的速率相当于地面5G通信速率的几十倍！这是采访人员没有想到的 。
为了确保天和核心舱与地面通信的实时畅通 ， 空间站天和核心舱安装了航天科技集团五院研制的第三代中继终端产品 。 该中继终端能通过中继卫星建立空间站与地面的通信链路 ， 承担着航天员与地面语音、视频、电子邮件 ， 科学实验数据下传以及整舱遥测传输的功能 ， 保障地面与空间站的联络畅通无阻 。 可以说 ， 有了中继终端这个“太空伴侣”的陪伴 ， 未来航天员在遥远的太空将不再寂寞 。
为了保证在轨15年的使用寿命 ， 除可靠性要求高 ， 还需要具备在轨可维修性 。 因此 ， 空间站中继终端采用了集成化、模块化的设计思路 ， 在保证传输信号质量的同时 ， 方便航天员维修更换 。 在本次任务中 ， 大幅减少了中继终端设备体积和重量 ， 简化系统组成 ， 并且首次设计了中继终端在轨自主运行功能 ， 大大降低了空间站长期运营期间地面管控压力 。
轨道维持 ， 电推进更精准省劲
我国航天器上首次有了电推进的身影 ， 这是中国空间站的又一项创新 。 天和核心舱推进系统除了配备4台轨控发动机、22台姿控发动机这些航天飞行中常用的常规动力以外 ， 还额外配置了4台霍尔电推进发动机 ， 首次将电推进动力应用到航天器上 。
常规动力的轨控发动机推力比电推进发动机的推力大 ， 空间站为什么还要用上电推进发动机呢？航天科技集团六院的朱怡蓝告诉采访人员 ， 这是因为空间站在围绕地球运转的过程中 ， 会因为地球引力影响轨道高度 ， 需要发动机消耗额外推进剂来抬升轨道 。
而霍尔电推进系统虽然推力小 ， 但具有精确调整、工作时间长的优点 ， 可以在不消耗推进剂的情况下“细水长流”地发挥作用 ， 辅助空间站抵抗空间站长期运行带来的轨道衰减 ， 维持在原定轨道上正常运转；可有效节省核心舱自带推进剂的消耗 ， 保证推进剂的合理充分利用 。

作者：郑蔚
编辑：赵征南
责任编辑：付鑫鑫
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