□本報記者 廉穎婷

11月3日9時32分，空間站夢天實驗艙順利完成轉位。中國空間站三艙齊聚天宇，標志著中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成，向著建成空間站的目標邁出關鍵一步。

轉位完成后，夢天實驗艙的主要任務包括為航天員在密封艙內工作提供更好的保障條件，保證航天員安全；為開展艙內及艙外空間實（試）驗提供保障條件；提供貨物氣閘，實現(xiàn)載荷與設備自動進出艙等。

據(jù)中國航天科技集團有限公司（以下簡稱航天科技集團）五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔介紹，通過精心設計，夢天實驗艙具備一些個性鮮明的獨特優(yōu)勢。

圖為中國空間站組合體示意圖。航天科技集團五院供圖

空間站的控制大管家

在此次任務中，夢天實驗艙所裝備的部件資源，如發(fā)動機、各類敏感器等將與天和核心艙、問天實驗艙和天舟貨運飛船等并網(wǎng)工作，實現(xiàn)多艙段資源的統(tǒng)一調用。這個能夠統(tǒng)一調配資源保障空間站穩(wěn)定運行的大管家，就是空間站制導導航與控制（GNC）系統(tǒng)，是航天科技集團五院502所專門為空間站量身打造的。

空間站運行過程中會有載人飛船、貨運飛船頻繁的造訪和分離。空間站GNC系統(tǒng)這位控制大管家，除了能消除發(fā)射時核心艙與火箭分離過程姿態(tài)的偏差，來訪飛行器與核心艙對接和分離過程中對空間站姿態(tài)的干擾，以及艙段轉位后的姿態(tài)漂移，還能完成核心艙單艙和空間站組合體整個飛行任務期間姿態(tài)軌道的測量與控制，包括組合體飛行期間，各艙位置和姿態(tài)信息的共享，各艙發(fā)動機的融合姿軌控等。不僅如此，它還要配合完成交會對接、航天員出艙、機械臂在軌操作、光學艙維護等任務，可謂重任在肩。

天和核心艙單艙達20多噸，加上“問天”“夢天”兩個各20多噸的實驗艙，再加上有可能同時造訪的神舟載人飛船、天舟貨運飛船等航天器，空間站最大擴展時質量將會達到近200噸。

作為大型、變結構載人航天器，空間站的大質量、大慣量、大干擾、大撓性和變結構特點，給空間站GNC系統(tǒng)的設計帶來巨大挑戰(zhàn)。

可空間站不僅僅是大，其變化多姿的結構也考驗著GNC系統(tǒng)的控制能力。比如不同構型下，空間站要在太空中完成同一個動作“向左轉”，所需要調動和能調動的資源是不一樣的，所需要依靠和所能依靠的信息也是不同的，控制大管家要能根據(jù)當前構型自主選擇最優(yōu)控制方案，實現(xiàn)對整個空間站的控制，保證各種構型下空間站的精穩(wěn)控制。

隨著夢天實驗艙的就位，我國的空間站建造也正式進入組合體運營階段。目前來看，空間站GNC系統(tǒng)運行穩(wěn)定，表現(xiàn)上佳，為后續(xù)在軌運行管理奠定了良好基礎。

“艙內外過渡”應用拓展

載人航天活動的重要目的之一，是發(fā)揮人在現(xiàn)場的作用，既包括航天員處置問題時的主觀能動性，也包括充分發(fā)揮人工操作技巧。然而，航天員在艙內與艙外的工作能力、尤其是精細操作能力，有天壤之別。

艙外活動時，受艙外服和手套等限制，航天員的觀察、操作空間及工具使用能力等均受到極大限制，即便使用專門設計的專用工具，也遠遠無法達到艙內作業(yè)的精準水平。相比之下，只要工具合適，地面能進行的工作都可以由航天員艙內在軌完成。

王翔介紹，自動化貨物氣閘艙正好提供了一個“艙內外過渡”的工作間。大型載荷部件在此進行裝配和測試后，可以整體送出艙外。艙外載荷也可以先搬到這里，艙室經(jīng)復壓后，由航天員在艙內操作完成拆解、維修、維護等工作。

更進一步，這個工作間具備了現(xiàn)場裝配微小衛(wèi)星并釋放的潛力。

“綜合來看，夢天實驗艙補充并增強了空間站的綜合能力，提高了系統(tǒng)可靠性。其個性化能力則進一步強化了空間站的‘太空母港’作用，對于載荷的保障能力更強，也將拓展有人參與的航天飛行與在軌工作模式。”王翔說。

數(shù)字化手段提高效率

夢天實驗艙經(jīng)歷了4年方案論證、6年初樣研制、2年正樣研制，僅總體方案設計便經(jīng)歷了三起三落?！拔覀円鲆粋€有溫度的艙。”航天科技集團八院805所載人航天總體專業(yè)副總設計師周濤說。她帶領隊伍嘗試智能總體設計，解決了多個研制過程中出現(xiàn)的技術難題，有力推動了夢天實驗艙的總體研制工作。

“規(guī)模龐大、系統(tǒng)復雜”是大家對夢天實驗艙的印象。雖然在方案階段，設計團隊對于夢天實驗艙的設計難度有所認識，但是進入初樣設計后，還是被這樣一個巨系統(tǒng)的復雜程度震驚了——千余臺設備、20多萬米的導線，給設計和研制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

為此，夢天實驗艙在方案階段就已經(jīng)認識到數(shù)字化手段是提高工作效率的最好的工具，率先編制了航天科技集團八院首個型號級的數(shù)字化大綱，作為工程實施的依據(jù)。

“900多臺套設備的智能化布局與總裝，生成供配電大圖和信息大圖，1000多根電纜的接點由10萬多個接口數(shù)據(jù)接點自動生成，電纜路徑和長度的自動生成，飛行程序的自動編排等，這些都實現(xiàn)了數(shù)字化設計，用應用軟件進行實施，極大提高了研制效率和質量。”航天科技集團八院副總設計師郭文龍介紹說。

一個龐大的飛行器的測試工作需要一個同等體量的地面綜合測試系統(tǒng)進行支撐，猶如飛行器的地面診療系統(tǒng)，為飛行器把脈通關。“飛行器的規(guī)模有多大，鏈路有多少，機構有多少，就需要多少的地面設備進行模擬和支持?！焙教炜萍技瘓F八院805所綜測技術負責人邵瓊說。

為提高測試效率和質量，805所的設計師們在測試中引入“測試序列+語音播報”方式，可以支持兩臺設備并行進行指令發(fā)出，并賦予分系統(tǒng)發(fā)指令申請的功能，極大提高了測試工作效率。隨后又開發(fā)了自動判讀功能，遠程測試功能，提升了整套綜合測試設備的能力。

“959臺單機設備、3470個產(chǎn)品接插件、1832個備附件、368個穿艙插件、780個非密封轉接件、850個繼電器、1267個熱敏電阻和440個加熱回路?！边@些數(shù)字在航天科技集團八院總體副主任設計師孟瑤口中娓娓道來。從夢天實驗艙立項開始，孟瑤便擔負起研制技術流程、各階段狀態(tài)確認和風險識別工作，最終迎來夢天實驗艙順利出廠的好消息。