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天是太空与您相伴的【第1178

1+1=?这是个数学问题,也可能成为哲学或文学问题。差其余语境下,它的谜底是纷歧样的。

正在太空中组装制作的中国空间站,给出了自己的谜底:1+1=1

系统的各部门各自自力,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头脑,在中国空间站的设计中再次获得宏观表达:组成空间站的各舱段(包罗来访飞船)原为自力航行器,对接后形成一个由空间站统一控制和治理的组合体;其组合历程现实上是控制权的交接或接受,新舱段将控制权交与空间站,将舱体与舱内资源融入空间站并形成扩展后新的空间站的一部门。

枝叶新发,仍是树木一棵;溪流蔓生,成就大河汤汤。

中国空间手艺的主要开创者、“两弹一星”元勋王希季先生将此庞大周详的历程言简意赅地归纳综合为“1+1=1”,并将其明确为突破、掌握载人航天器交会对接手艺的标志之一

人类航天器:对接融合的多维度考察

一览人类航天史上的多舱段航天器航行义务可以发现,“1+1=1”有着差异条理和水平上的实现,而这个看似简朴的加法并不容易。

1975年,阿波罗18号飞船和同盟19号飞船对接乐成,在1天 23小时的航行后,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。

结构及其运动控制的“1+1”。美国接纳双子座飞船与改装后的二级火箭举行对接,对接后由飞船举行组合体控制;苏联用两艘飞船相互对接,对接后由模拟空间站的被动飞船举行组合体控制;1975年的阿波罗-同盟测试设计(ASTP),美苏两个航行器交换角色举行了两次对接,划分担任主控方。这些义务中,对接前的目的航行器与追踪航行器自力举行各自的运动控制,对接后的两航行器通过刚性毗邻装置在结构上成为一体,形成了具有新的几何构型和质量、惯量特征的组合体,随后由两航行器中的一方统一对此组合体举行运动控制。两个航行器的结构及其运动控制必须实现“1+1=1”,这是形成组合体最基本的要求,也是早期交会对接航行试验首先解决的基础手艺。

信息系统的“1+1”。人类太空探索流动进入空间站时代后,空间站的盘算机对对接上来的新舱段举行统一治理,是为常态。实现信息系统融合的基础是通过对接机构实现两航行器的电路毗邻,也可以在对接后由航天员手动拉线毗邻――国际空间站不少出舱流动,都包罗了手动毗邻空间站与舱段电缆的义务。来自差异航天器的信息怎么融合?从最基础的相互采集遥测信息、代传指令、到信息网络并网,并在此基础上进一步实现信息系统重构。控制系统的重构为其中一种典型应用:空间站的控制器通过信息网络的并网连通统一使用各个舱段的敏感器和执行机构(发念头),从而实现控制优化。

俄罗斯影戏《太空救援》

能源系统的“1+1”。俄罗斯影戏《太空救援》讲了苏联礼炮设计中最后一个空间站礼炮7号在轨失控后的救援行动,这段真实历史就涉及到能源系统的维修和恢复。两个航行器供电网络的并网有多种模式:

(1)单向由空间站向新舱段输电并完全供其所需。好比,被航天飞机送上天毗邻至国际空间站后,欧洲和日本舱段完全由站上提供能源。

(2)单向弥补新舱段的供电欠缺。好比,飞船对接至空间站后,因帆板受遮挡等缘故原由导致自身发电能力受限,由空间站提供部门能源填补不足。

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(3)双向供电实现能源跨舱段调配。空间站自身的可发电舱段通常以此模式事情,以天真知足差异负载的使用需求。

(4)在空间站泛起故障或短时功耗过大情形下,通过飞船向站供电知足应急需求。上述的礼炮7号电源失效后,曾思量让航天员从同盟T13飞船拉电源线至空间站举行供电,后因郁闷短路故障影响飞船电源,改为直接维修礼炮号装备。

热控流体回路的“1+1”。能源调配总是随同着装备发烧及散热的调配。高效率的热调配措施是将舱段间的热控流体回路连通,直接将热量跨舱传输。此方式也可以用于平衡热控辐射器的散热能力,或在辐射器局部受损时举行散热区域调配。

美苏ASTP设计的签约现场

载人环境的“1+1”。中国航天员在飞船对接上焦点舱后不久即开舱门进入空间站,这是由于焦点舱与飞船接纳了相同的压力体制,大气总压和氧分压设计状态一致,只需举行压力平衡消除细小压差即可。这就是密封舱连通后整个航行器形成统一载人环境的效果。而在美苏ASTP设计中,同盟飞船接纳760mmHg、20%含氧量的尺度大气状态设计,阿波罗飞船为260mmHg和100%纯氧环境。为了实现真正的“太空握手”,同盟飞船将大气环境设置为520mmHg、40%含氧量,并在对接后进一步将压力降至500mmHg,阿波罗飞船则在对接后充入氮气调整空气身分并增压,这才打开了舱门。

推进系统的“1+1”。媒体报道说,5月30日与中国空间站焦点舱对接的天舟二号货运飞船除运送物资外,“还需要实现与焦点舱交会对接后的推进剂补给”。这里被称为“太空加油”的推进剂补加,可以视作一种特殊的、短时间的推进剂贮箱连通融合。

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,人人应该很熟悉了。把它转化为公式,天宫空间站的系统设计为:1(天和)+1(问天)+1(梦天)=1(天宫)。等式右侧的“1”是一个完整系统,具备完整的功效、性能及系统冗余设置,所有的系统设计被分配至左侧的三个“1”实现,而这三个“1”又划分是自力的航行器。这四个“1”,是同步设计出来的。

左侧的三个“1”中,焦点舱为组合体的治理中央。但与和平号及国际空间站差其余是,天宫并非直接以焦点舱为基础扩展若干舱段,而是在焦点舱上组装两个实验舱后组成一个加倍完整和可靠的T字形“焦点组合体”。在官方公布的空间站义务计划中,此三舱的组装义务被称为“空间站制作阶段”,正是说明晰三舱作为空间站基本部门为后续扩展舱段奠基基础的职位。

和平号空间站和国际空间站,都是以焦点舱的单舱为基础举行拓展。其中,作为第一个以搭积木方式组建的多舱段空间站,和平号的整体功效随着舱段的增添而不停拼接完整;国际空间站则是在航天飞机支持下接纳桁架结构,因而具有规模扩展性好的优势。

而中国空间站在接纳新手艺多维度实现“1+1=1”的基础上增强系统集成,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“组合体焦点”、或者说强化版焦点,作为“最壮大脑”对整个空间站举行统一治理,保证各舱段、航行器动作协调,而且在通过信息和能源网络并网实现系统重构后,正常情形下能实现资源的统一优化使用,故障情形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生长,更充实体现了我国空间站建设“在规模适度条件下追求高效率”的目的,具有极高的资源行使效率和较强的系统冗余度。

从天宫构型来看,三舱强耦合组成对称的一体结构,实验舱横置,端部门别设置了双自由度大帆板。两实验舱对向毗邻,形成近40米的结构跨度,现实上起到了类似国际空间站桁架结构的作用,较好地解决了帆板相互遮挡的问题,显著优于和平号各舱段的辐射状毗邻形式。

从信息系统能力来看,焦点舱发射后人人看到的高清天舆图像以及舱内WiFi应用、蓝牙耳机等等显示,证实了高速信息网络的性能,说明基于此实现三舱并网融合及系统重构有异常好的手艺基础。这么好的网络不举行动态并网、能力共享的话,简直就是暴殄天物。

此外,从天舟货运飞船的义务计划来看,货运飞船不仅要配合举行推进剂补给,而且必须在对接时代以自身发念头提供组合体的变轨动力――这又能给焦点舱或“焦点组合体”加上一个“1”。

俄罗斯的提高号与欧洲的ATV这类典型的货运飞船,同样能够在交会对接后配合空间站对全站举行姿态控制和轨道维持。但由于种种手艺和非手艺障碍,国际空间站尚有更多“1+1”不即是“1”的时刻。例如,由于推进剂补给统一使用俄罗斯的推进系统,欧洲ATV飞船不得不只独设置差异于自身推进系统的补加贮箱装载俄方使用的燃料,才气实现推进剂补给;国际空间站上俄罗斯舱段的热控系统接纳乙二醇作为回路工质,美国舱段则接纳水,两者间的流体回路无法连通。

与之相比,“1+1=1”的头脑贯串于我国空间站设计的方方面面,从手艺到治理都绝不会允许泛起国际空间站上述系统不兼容的问题。

“1+1=1”、或者说“1+1+1=1”是我国建设空间站的焦点理念之一,也是难点所在。好比,三舱并非同步研制且焦点舱先于实验舱一年发射,这样的放置能够使空间站的制作加倍稳妥,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”,焦点舱既要能自力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,要求其功效必须最完整,系统能力最强;两个实验舱必须以完好的功效性能组成完整的T形“焦点组合体”,无形中又对实验舱发射、交会对接、以及转位义务实行的可靠性提高了要求。

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     发布于 2021-08-28 00:00:42  回复
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       发布于 2021-08-29 05:05:19  回复
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