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1+1=1中国空间站建设的原点

来源: 新浪科技综合 2021-07-14 12:38:00
1+1=1中国空间站建设的原点

  本文作者:中国载人航天工程空间站系统总指挥王翔

  1+1=?这是个数学问题,也可能成为哲学或文学问题。不同的语境下,它的答案是不一样的。

  正在太空中组装建造的中国空间站,给出了自己的答案:

  系统的各部分各自独立,组成系统时又相互联系、相互作用,有机地形成一个整体。

  来自系统科学的这一思想,在中国空间站的设计中再次得到宏观表达:

  枝叶新发,仍是树木一棵;

  溪流蔓生,成就大河汤汤。

  中国空间技术的重要开创者、“两弹一星”元勋王希季先生将此复杂精密的过程言简意赅地概括为“1+1=1”,并将其明确为突破、掌握载人航天器交会对接技术的标志之一

  人类航天器:对接融合的多维度观察

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  1975年,阿波罗18号飞船和联盟19号飞船对接成功,在1天 23小时的飞行后,二者随后各自返回地球。在打开舱门的那一刻,苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫与美国宇航员托马斯·斯坦福德紧握双手,这是人类历史上最伟大的时刻之一。

  信息系统的“1+1”。

  俄罗斯电影《太空救援》

  热控流体回路的“1+1”。

  美苏ASTP计划的签约现场

  推进系统的“1+1”。

  天宫空间站:我们怎样在天上搭积木?

  我国“天宫”空间站的三舱T字基本构型,大家应该很熟悉了。把它转化为公式,天宫空间站的系统设计为:

  。等式右侧的“1”是一个完整系统,具备完整的功能、性能及系统冗余配置,所有的系统设计被分配至左侧的三个“1”实现,而这三个“1”又分别是独立的飞行器。这四个“1”,是同步设计出来的。

  左侧的三个“1”中,核心舱为组合体的管理中心。但与和平号及国际空间站不同的是,天宫并非直接以核心舱为基础扩展若干舱段,而是在核心舱上组装两个实验舱后构成一个更加完整和可靠的T字形“核心组合体”。在官方发布的空间站任务规划中,此三舱的组装任务被称为“空间站建造阶段”,正是说明了三舱作为空间站基本部分为后续扩展舱段奠定基础的地位。

  和平号空间站和国际空间站,都是以核心舱的单舱为基础进行拓展。其中,作为第一个以搭积木方式组建的多舱段空间站,和平号的整体功能随着舱段的增加而不断拼接完整;国际空间站则是在航天飞机支持下采用桁架结构,因而具有规模扩展性好的优势。

  而中国空间站在采用新技术多维度实现“1+1=1”的基础上加强系统集成,独创性地一体化设计出整站三舱,尔后再开枝散叶地继续生长。三舱以“1+1+1=1”的方式构建了一个“组合体核心”、或者说强化版核心,作为“最强大脑”对整个空间站进行统一管理,保证各舱段、飞行器动作协调,并且在通过信息和能源网络并网实现系统重构后,正常情况下能实现资源的统一优化使用,故障情况下则有了更多的系统冗余。

  这样的总体设计,是对历史上航天器系统的创新发展,更充分体现了我国空间站建设“在规模适度条件下追求高效率”的目标,具有极高的资源利用效率和较强的系统冗余度。

  从天宫构型来看,

  从信息系统能力来看,

  此外,从天舟货运飞船的任务规划来看,货运飞船不仅要配合进行推进剂补给,而且必须在对接期间以自身发动机提供组合体的变轨动力——

  这又能给核心舱或“核心组合体”加上一个“1”。

  与之相比,“1+1=1”的思想贯穿于我国空间站设计的方方面面,从技术到管理都绝不会允许出现国际空间站上述系统不兼容的问题。

  比如,三舱并非同步研制且核心舱先于实验舱一年发射,这样的安排能够使空间站的建造更加稳妥,但也带来了三舱系统设计与集成验证的难度;作为第一个“1”,核心舱既要能独立以单舱空间站模式运行,又要作为枢纽将两个实验舱多维度融合,要求其功能必须最完整,系统能力最强;两个实验舱必须以完好的功能性能构成完整的T形“核心组合体”,无形中又对实验舱发射、交会对接、以及转位任务实施的可靠性提高了要求。

  本文转自中国航天报

原标题:1+1=1中国空间站建设的原点

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