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帶你揭開中國空間站“延年益壽”的秘密:在軌不小于15年

來源︰新華社作者︰胡--、陳凱姿、陳席元責任編輯︰劉秋麗
2021-04-29 17:18

“在軌不小于15年”——帶你揭開中國空間站“延年益壽”的秘密

新華社記者胡--、陳凱姿、陳席元

4月29日,空間站天和核心艙發射圓滿成功,中國空間站距離我們又近了一步。作為空間站的核心艙段,核心艙是空間站的主要控制節點,是未來空間站的指揮控制中心。那麼中國空間站的設計壽命如何,又采取了哪些措施來保證長期在軌穩定運行呢?

中國空間站設計在軌飛行10年,具備延壽到15年的能力

如同汽車,在使用一定年限和里程後要報廢一樣,空間站也沒有永久壽命,只要使用,只要有人居住、工作和進行科學實驗,就會有損耗。

中國空間站設計在軌飛行10年,具備延壽到15年的能力。據航天科技集團五院空間站系統副總設計師侯永青介紹︰“為了保證空間站在軌不小于15年長壽命要求,我們從設計伊始,就開展了長壽命、可靠性、維修性、安全性一體化設計。具體來講,就是以系統和產品的長壽命和固有可靠性設計為基礎,配合開展系統和產品在軌故障診斷、處置預案設計、維修性設計,以實現長壽命、可靠性的既定目標。”

空間站在太空中安家後,將面對來自宇宙的各種威脅和挑戰,比如,原子氧、紫外輻照、真空、溫度交變、空間碎片以及微重力等,這些危險元素可能會造成空間站的材料性能衰退,或者誘發故障,從而制約艙外電纜、表面涂層、光學鏡頭等產品和設備的使用壽命。

最大限度減少損壞和傷害

雖然中國空間站有一個結實的身板,但是再強的壯漢也免不了頭疼腦熱、磕磕踫踫,生病、受傷在所難免。

“影響天和核心艙艙體主結構長壽命的因素主要有疲勞損傷、意外損傷和腐蝕三種模式。”航天科技集團五院空間站系統總體主管設計師夏喬麗說。

疲勞損傷,顧名思義就是在軌後長期受到內壓、溫度變化以及大部件運動的作用和影響,一些應力相對集中的部位以及運動部件連接的結構處可能會出現疲勞損傷。

意外損傷則是指空間站在軌運行後,在微流星、空間碎片撞擊等意外損傷的條件下,有可能會出現較大裂紋,從而引起艙體開窗、撕裂等災難性事故。而腐蝕主要是由于密封艙內環境溫度變化、濕度變化等因素,艙體主結構面臨腐蝕的風險。

為了最大限度減少損壞和傷害,設計團隊想方設法讓空間站變得更結實、更強壯。“在天和核心艙主結構設計時,我們從抗腐蝕、抗疲勞、抗斷裂三個維度進行了綜合分析和評價,從材料選擇、結構設計、構型、參數設計等方面進行了科學優化的設計,並從材料到構件到艙段都進行了仿真驗證,以確保壽命。”航天科技集團五院空間站核心艙結構分系統主任設計師施麗銘介紹說。

此外,針對壽命問題,結構研制團隊還創新設計了健康監測子系統。這個新增的子系統就像體檢醫生一樣,能夠在軌對承受的載荷以及自身的結構狀態進行實時監測,也能夠對空間碎片等“飛來橫禍”進行監測、定位和報警,一旦發現有空間碎片撞擊上來,能及時迅速報警,第一時間通知地面和航天員。它還能對艙內的壓力情況進行監測,根據不同壓力指標進行分級報警。

巧妙應對碎片“天敵”

為了應對空間碎片等“天敵”的攻擊,天和核心艙熱控分系統針對長壽命可靠性問題,在之前的基礎上,開展了健壯性設計,為空間站安裝了兩條相當于“大動脈”的管子——熱管輻射器,以便減少流體管在外暴露的面積,大大降低被空間碎片擊穿的風險。

航天科技集團五院空間站熱控分系統主任設計師韓海鷹介紹,就像家里使用的水管子、水龍頭,用上幾年可能就壞了,必須及時更換、維修,否則家里容易鬧“水災”和用水危機。因此,空間站的熱控分系統絕不能壞,特別是有著熱控回路系統心髒之稱的“回路泵”,必須是可維修的。

此外,空間站在軌長壽命的秘方還有很多,比如艙體結構密封圈、壁板、各種閥門、各種管路等,都在可靠性和長壽命方面進行了巧妙的設計。“千言萬語匯成一句話,就是空間站采取了以設備長壽命設計為基礎,結合可靠性設計,補充在軌維修的策略,確保長壽命。”侯永青說。

(參與采寫︰龐丹、徐鵬航)

(新華社北京4月29日電)

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