作者:庞丹 李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2017/4/21 9:54:46
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天舟一号:拥有“最强大脑”的“大力士”

 

■通讯员 庞丹 本报记者 李晨阳

与浩瀚的宇宙相比,天舟一号货运飞船就如太空里的一叶扁舟,“身量不大”,却肩负着为载人空间站运送货物、推进剂和各种科学仪器,并回收空间站“垃圾”的重担。

单从“长相”上看,天舟和它的兄弟天宫一号差不多,都是由两个“大船舱”组成。但这只是表象,关键要看内涵。

名副其实的“太空大力士”

作为在太空航行的货船,天舟一号的承载重量达到了惊人的数据。据航天科技集团五院总体部货运飞船结构与机构分系统主任设计师刘峰介绍,天舟一号载重接近天宫一号的两倍,高于俄罗斯“进步号”M型2.6吨、美国“天鹅座”飞船扩展型2.7吨,以及日本的HTV 6吨,是名副其实的“太空大力士”。那么究竟是什么让它具备了如此之高的承载能力呢?让我们看看“太空大力士”是如何炼成的。

秘笈一:轻量化设计,让天舟减肥瘦身。天舟最大的特点之一就是要“能装”,也就是要用与天宫类似的“小身板”多多地装东西。这就要求自身的体重尽可能轻,但力气足够大。为此,五院总体部结构与机构分系统的设计师精雕细琢地开展了轻量化设计,为天舟减肥瘦身。

秘笈二: “天舟牌”货架简约而不简单。要想解决装货多、承载大的难题,首先就是要充分利用飞船内部的空间和传力,围绕这一关键,总体部结构与机构分系统设计师开发研制出我国首套货运飞船装载系统。据天舟一号总体部技术责任人陈同祥介绍说,这个密集型、大容量装载系统可以简称为货架系统。这个环绕在货物舱四周的货架系统大小40多个货格,其构型和细节设计经过了设计师们多轮迭代优化,不仅传力效果好,结构与货物重量比达到8%,而且巧妙地解决了货架板边缘薄、易破损等问题,避免了划伤人手和货物的问题;此外,这套为天舟量身定做的货架既能适应刚性安装,又能使用柔软包带束缚,做到了软硬兼施,可谓简约而不简单。

秘笈三:“软包装”送天舟一个柔软的怀抱。天舟一号运送的货物里有不少精密的科学仪器和特殊的生活用品,这些货物非常“娇贵”,生怕磕着、碰着,运送期间需要“轻拿轻放,小心处理”,硬着来可不行。为了避免“碰瓷儿”,只能采用“软包装”,以实现高度隔离、减震。这些软包的货物怎么固定,设计师费尽心思,开始时甚至采用米袋、面袋来模拟货包进行振动试验来加快研制进度。为了适应未来货运飞船运送不同货物的需求,设计师们必须寻找出一种同时满足货船不同运货状态的频率指标,打造一个通用化运货平台,而这个频率指标“高不成、低不就”。为了送给天舟这样一个“不软不硬、不低不高”恰恰好的怀抱,总体部结构与机构设计人员绞尽脑汁,设计了几十种工况,做了足足3个月的试验,才找到最佳方案,解决了这个大难题。

超强保鲜的“无霜冰箱”

天舟运送的货物里有很大一部分是航天员的生活物资,饮用水、食物、药物等等,温度太高了这些物资容易馊了变质,水汽大了也容易发霉变质,冻成大冰坨也不行,这就要求货舱内的环境温度必须非常适宜。为此,总体部天舟一号热控分系统设计师们费尽了心思。与以往载人飞船不同,为了尽可能减重,天舟一号热控系统没有采用流体回路系统,而是采用了一种“被动热控+少量主动热控”的设计方案,即局部加热和通风相结合的轻量化热控设计方案,实际上是为天舟打造了一个超强功能的“无霜冰箱”,不仅很好地解决了低温储藏货物的环境问题,而且确保了货物在低温保存的同时,又能实现不结冰、不结露的需求。

“最强大脑” 永争第一

数管分系统就像飞船的大脑,负责指挥和发出指令。为了确保天舟一号更好的工作,五院总体部数管分系统的设计师为它配备了“最强大脑”。据天舟一号总体部技术责任人孙勇介绍说,天舟一号数管分系统实现了三个第一。

首先,在整个飞船的重要系统中首次采用高速国产CPU和总线通信芯片,这在我国尚属首次,不仅打破了国外在高性能处理器和总线协议芯片方面的垄断,而且极大地支持了国产化。

其次,在我国首次采用了遥测下行与存储一体化设计,提高了数据利用率。

最后,在载人航天领域,首次采用了信息流综合设计,提高了信息的复用率和重要数据的多路径传递。

扛得了“大包”、保得了“鲜儿”、拥有“最强大脑”,你咋不上天呢?

天舟:“我已经上天了!”

《中国科学报》 (2017-04-21 第3版 科普)
 

 

 
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