和平号空间站|中国空间站构型:简洁不仅美,更是安全

10月16日 , 神舟十三号飞船上天 , 经过快速交会对接 , 与天和核心舱及天舟二号、天舟三号货运飞船构成四舱(船)组合体 。 中国空间站天和核心舱和靠泊飞船共同呈现为一个小型的T字构型 。 明年 , 两个实验舱发射升空后 , 整个中国空间站就是一个大大的T字型 。 昔日远景目标 , 今天正在开枝散叶 。


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径向交会对接示意图
构型 , 是指物体以特定的形式、图案或组合构成某事物 。 这个自然科学和社会科学里的概念投射至航天领域 , 特指航天器的形状与结构型式 。
大道有形 , 积厚成器 。 中国空间站为什么长成这样 , T字构型中蕴藏了哪些科学、技术与工程原理?驱动这个庞然大物的设计思想和使命又是什么?请看来自中国航天科技集团有限公司五院的中国载人航天工程空间站系统总指挥王翔的解读 。
航天器构型原则一
适配天地环境
有人问:科幻电影里的宇宙飞船各种奇形怪状 , 为什么现实中的人类航天器有些看上去长得差不多 , 而有些又大相径庭?
“看上去长得差不多” , 是因为航天器作为飞出地球大气层的空间探索平台 , 面临许多共同的约束条件 。

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空间站天和核心舱整舱加整流罩、舱罩组合体转运
发射段 , 运载火箭通常以整流罩对航天器进行防护 。 在整流罩圆锥加圆柱形的空间约束下 , 航天器的发射状态是相似的 , 连SpaceX的星链也得60颗卫星一起组合成一根“大玉米” 。
在轨飞行段 , 没有了大气 , 航天器的各种设备就可以根据工作需要伸展开来 , 航天器也因此“大相径庭” 。 但有一点是相通的:为了使航天器易于运动控制 , 构型要保证主结构和质量分布尽量对称、紧凑 , 以获得好的质量特性 。
到了着陆段 , 情况就不一样了 。 对于地球、火星这样拥有大气层的星球 , 气动控制、防热等“刚需”决定了着陆飞行器长得比较像 , 比如神舟飞船和嫦娥返回器这样典型的钟罩加球形底构型 。 而对于月球这样没有大气层的星球 , 仍然可以像“嫦娥”着陆器、“阿波罗”登月舱那样 , 根据各自功能需求进行有棱有角的个性化设计 。

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飞船着陆现场
航天器构型原则二
满足功能性能要求
航天器是要上天干活的 , 它所承担的任务很大程度上决定了它的构型 。

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