夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙里的“百寶箱”

本刊綜合

空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置的航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜（以下簡(jiǎn)稱“試驗(yàn)機(jī)柜”）給各類在軌載荷提供機(jī)、電、熱、信息等保障條件，支持各類試驗(yàn)項(xiàng)目在軌滾動(dòng)實(shí)施，為航天新技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了強(qiáng)大的驗(yàn)證平臺(tái)。該試驗(yàn)機(jī)柜在軌以來(lái)，成功開展功能測(cè)試和部分載荷試驗(yàn)。

那么，該試驗(yàn)機(jī)柜中究竟藏有哪些“寶貝”？

空間“私人定制”

考慮到空間站運(yùn)營(yíng)期間試驗(yàn)機(jī)柜平臺(tái)能力的升級(jí)換代，試驗(yàn)機(jī)柜結(jié)構(gòu)需滿足設(shè)備在軌更換的條件，以便航天員高效快速地完成相關(guān)操作。試驗(yàn)機(jī)柜在設(shè)計(jì)上支持在軌翻轉(zhuǎn)，可為航天員在軌維護(hù)、維修提供最佳操作體位，模塊化的布局設(shè)計(jì)便于試驗(yàn)機(jī)柜平臺(tái)按功能分區(qū)升級(jí)優(yōu)化。

根據(jù)試驗(yàn)載荷不同，兼顧用戶需求和模塊化設(shè)計(jì)成為解決多樣化需求和載荷接口標(biāo)準(zhǔn)化的最佳方式。試驗(yàn)機(jī)柜的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)可提供13種試驗(yàn)空間，按照用戶需求組合安裝載荷單元，在軌實(shí)現(xiàn)自由匹配，通過(guò)“私人定制”模塊化空間，讓不同類型的“抽屜”像方塊一樣填滿整個(gè)試驗(yàn)機(jī)柜。

此外，研制人員通過(guò)3D打印生成輕型化的螺旋電纜，為試驗(yàn)載荷提供充足配電和信息支持的同時(shí)，還可隨載荷單元將人機(jī)操作界面伸出柜體，使航天員實(shí)現(xiàn)可視、可達(dá)的高效操作，堪稱試驗(yàn)載荷的“生命臍帶”。

管家“冷暖掌控”

載荷試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生熱量，這就需要熱控子系統(tǒng)對(duì)載荷環(huán)境的溫度進(jìn)行管理。如果將試驗(yàn)機(jī)柜比喻成一棟大樓，那么這棟大樓最多可容納13位房客（試驗(yàn)載荷），熱控子系統(tǒng)就是這棟大樓的環(huán)境管家——?jiǎng)e看它的體量不大，配置可不低，包括通風(fēng)子系統(tǒng)、液冷子系統(tǒng)和抽真空子系統(tǒng)，總散熱能力不小于1500瓦。

熱控子系統(tǒng)為每個(gè)“房間”都配置了“中央空調(diào)”——通風(fēng)子系統(tǒng)。每個(gè)載荷在側(cè)面均開設(shè)了通風(fēng)孔，背部開設(shè)了回風(fēng)口，通過(guò)載荷風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使冷風(fēng)從通風(fēng)孔進(jìn)入載荷單元內(nèi)部，由回風(fēng)口帶出熱量進(jìn)入風(fēng)道匯總，最后通過(guò)氣液換熱器將熱量傳遞給冷卻液路并將其帶走。

每個(gè)回風(fēng)口都安裝了風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)“個(gè)人”體質(zhì)調(diào)節(jié)，既能“因人而異”，又能合理分配有限的資源。“房客”若是“高熱耗載荷”，液冷子系統(tǒng)還會(huì)為其準(zhǔn)備一張“水床”（冷板），讓高熱耗設(shè)備“躺”在上面，通過(guò)流動(dòng)的液體帶走熱量。液冷子系統(tǒng)可以為0位、1位、2位“高熱耗載荷”服務(wù)，實(shí)現(xiàn)載荷的在軌重構(gòu)和更換。

“房客”還可通過(guò)抽真空子系統(tǒng)在真空環(huán)境開展試驗(yàn)。軟管和氣路快速斷接器可將試驗(yàn)載荷與抽真空系統(tǒng)連接，打開閥門后，載荷空間的氣體就能被排散到外太空。

能量信息流安全、可靠

配電子系統(tǒng)為試驗(yàn)機(jī)柜本體和試驗(yàn)載荷提供充足能源。該系統(tǒng)能否正常工作，直接關(guān)系到試驗(yàn)機(jī)柜各試驗(yàn)裝置的任務(wù)成敗和航天員的操作安全。

為確保供電系統(tǒng)絕對(duì)安全，研制團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)配電通路時(shí)，提供了多條供電故障模式對(duì)策。尤其是針對(duì)整柜母線無(wú)法斷電的情況，開發(fā)出指令與手動(dòng)開關(guān)可同時(shí)斷電的工作模式，讓航天員可以手動(dòng)完成試驗(yàn)機(jī)柜的緊急斷電操作。

針對(duì)多載荷能量傳輸，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，不僅滿足集成化和輕量化的設(shè)計(jì)要求，大幅減少自重和體積，還提高了整個(gè)配電子系統(tǒng)的安全性、可靠性和靈活性。

電連接器和線纜是試驗(yàn)機(jī)柜傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。低頻電纜、以太網(wǎng)電纜、總線電纜、螺旋電纜……針對(duì)試驗(yàn)機(jī)柜內(nèi)復(fù)雜度極高的電纜設(shè)計(jì)，研制團(tuán)隊(duì)根據(jù)試驗(yàn)機(jī)柜本體結(jié)構(gòu)、設(shè)備布局、空間環(huán)境等多約束條件，采用分布式配電架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了最小代價(jià)的區(qū)域配電以及最小耦合關(guān)系的電氣連接。

“神經(jīng)系統(tǒng)”聯(lián)動(dòng)天地

信息管理子系統(tǒng)搭建的“神經(jīng)系統(tǒng)”作為信息控制中樞，可以控制試驗(yàn)機(jī)柜和試驗(yàn)載荷在軌正常運(yùn)轉(zhuǎn)。該子系統(tǒng)使用的光纖通信鏈路是試驗(yàn)機(jī)柜和外部空間應(yīng)用系統(tǒng)的唯一數(shù)據(jù)傳輸通道，承擔(dān)著交換與打包柜內(nèi)載荷數(shù)據(jù)、處理和分發(fā)上行指令數(shù)據(jù)的重任，是試驗(yàn)機(jī)柜對(duì)外通信的“第一道大門”。

信息管理子系統(tǒng)還配置綜合管理設(shè)備，既實(shí)現(xiàn)了柜內(nèi)4路載荷的配電和熱控產(chǎn)品的配電、控制功能，又肩負(fù)著載荷的采集、遙測(cè)、下傳、轉(zhuǎn)發(fā)指令等重任。同時(shí)，該子系統(tǒng)配置的無(wú)線收發(fā)設(shè)備還可支持無(wú)線終端快速接入，保障艙內(nèi)高速Wi-Fi全覆蓋。針對(duì)大容量載荷數(shù)據(jù)的在軌存儲(chǔ)設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)便易懂的文件存儲(chǔ)架構(gòu)，為載荷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與回放提供可靠的技術(shù)支撐。

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小“艙”有大本領(lǐng)

作為空間站“T”字基本構(gòu)型的關(guān)鍵一環(huán)和太空實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙還具備哪些本領(lǐng)呢？

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（欄目編輯? 方郁芝）