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“五星太空之家”是如何炼成的?

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新华社北京9月16日电(屈婷 喻菲 伍轩)9月15日,“天宫二号”成功发射升空。十月中下旬,天宫二号空间实验室将会在距离地面393公里的轨道高度上,与神舟十一号飞船交会对接,为航天员组建“太空之家”。

(图为9月15日,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号F运载火箭将天宫二号空间实验室发射升空。 新华社记者琚振华摄

未来,中国将开展航天员中期驻留任务、在轨维修技术试验任务,以及一系列空间应用科学实验、航天医学实验、空间站技术验证试验等任务,夯实建设空间站的基石。

“天宫二号”和“神舟十一号”的缔造者——中国航天科技集团公司第五研究院(以下简称五院)院长张洪太说:“我们为航天员打造 五星太空之家 ,让他们在遥远深空体会到 家 的舒心和温暖,能够更为安全、高效、愉悦地投身各项飞行试验任务中。”

(小标题)高智能“大脑”SpaceOS2

说起航天器的智能化“大脑”,人们总会联想起无机质的声音、无处不在的自动化装置。有时,它们还会有性格,可爱或忧郁,是航天员们太空冒险的“左膀右臂”。

抛开科幻小说和影视作品的“脑洞”,现实中,“天宫二号”的SpaceOS2操作系统绝对满足你对“高智能”的想象。它可以自主地进行航天器飞行轨道、姿态调整、运行状态的智能化诊断,以及遥测下传、地面遥控指令的执行。

(新华社记者贺萌绘制)

SpaceOS2系统还可以实现“一心多用”。它能同时管理运行几十个任务,并具备着从三台互为备份的计算机中发现错误、下达正确指令的“三机容错”功能。这在真正意义上实现了多台计算机在故障时的无缝切换,为航天员在太空工作生活提供了有力的生命保障。

有趣的是,太空探索与科幻想象在某种程度上的互相借鉴,在SpaceOS2系统上也有体现。就像很多飞船的人工智能一样,SpaceOS2系统有一个非常舒适、直观、清晰的显示界面。工程师们称之为“太空高智能APP”——仪表控制器应用系统。

这个界面整合了航天器十多个分系统的所有数据,把复杂、晦涩的专业数据浓缩成为52组画面,实现了在轨海量信息的图形、文字、动画的智能化处理与显示,极大降低了航天员在轨操作的负担和难度。

(小标题)快速更换的“模块”单元

在家千般好、出门万事难。“天宫二号”在入轨中,就面临着发射过程中高低温交叉“冰火两重天”、剧烈震动的挑战。万一,舱内的设施坏了怎么办?

答案是快速更换的“模块”单元。比如说,像供配电、热控、数据管理等重要的系统,都实现了高度集成化模块设计。一旦发生故障,技术人员像插拔U盘一样,快捷地拔下损害的部件,插上一个新部件后,设备恢复了正常运转。是不是很像科幻电影里的场景?

特别是智能配电单元,承担着整个舱内的电力供应,是确保生命安全的重要设施。“天宫二号”上首次采用了“插拔式”的结构设计,在地面的模拟试验中,技术人员只需用几分钟就能完成一次维修更换。

(小标题)“健身神器”骨丢失对抗仪

“天宫二号”和“神舟十一号”合体后,这个太空“两居室”该怎么分配呢?五院“天宫二号”总设计师朱枞鹏透露说,航天员吃饭、生活在神舟飞船内,工作、娱乐及锻炼身体在“天宫二号”内,再加上单独的睡眠区、垃圾存放区,组合体的空间被紧凑地格成了多个功能区。

等等,锻炼身体?在地球上,一个月不健身不是很常见吗?为什么要在“寸土寸金”的太空舱内,专门为航天员辟出健身区呢?

原来,在太空失重环境下,人的身体发生一种失重生理效应,产生诸多不适应的感觉,还会影响到健康。其中,很重要的一点就是会导致骨质疏松。

于是,为航天员量身定制的“健身神器”——骨丢失对抗仪就诞生啦。顾名思义,它是对抗骨质疏松的利器。有趣的是,它还是“中医”疗法:通过敲打人体小腿部位相应穴位,刺激骨骼、改善血液循环,保障骨骼健康。

跑步机、“动感单车”……在“天宫二号”大约15立方米的工作、生活区里,这个专门供锻炼身体用的地方叫“跑台”。为了节约空间,它和工作用的“多功能平台”都被巧妙地设计成折叠收纳,以最大程度地利用空间。

(小标题)与家人私密通话的“云插座”

私密、温馨,是“太空之家”宜居的关键。从整体上看,“天宫二号”用米白、深灰和天蓝色装点:墙是米白色的,底部是深灰,工作台等面板则是天蓝色。多层次的颜色划分,给人清爽的感觉。

在“夜晚”,“天宫二号”采用了米黄色的照明。在睡眠区,不仅设置了床前灯,灯光最低亮度也进行了再调低,照度范围进行了调整,帮助航天员安眠。

值得一提的是,睡眠区里还增加了“云插座”,可供航天员与家人进行私密通话。借助天地链路,航天员在轨时,不仅可以与地面视频互动,还能阅读电子书或期刊、看电视新闻和比赛。设计人员还贴心配置了可以外放的音响设备。

对于之前“天宫一号”的软质内饰,航天员反映说“一踩一个坑”,在失重状态下,不能很好地借助踩踏内部结构的反作用力。如今,“天宫二号”全面采用了轻量化的硬件材料。

此外,“太空之家”的多个区域还增加了不少硬质扶手,并贴心地引入了驻留腰带、头戴式无线蓝牙耳麦等人性化设计,解放了双手,让航天员在舱内更轻松自如地开展工作。

(小标题)暗藏玄机的“幕后卫士”

在我们的想象中,太空舱是静谧的。其实,由于工作舱里的一些设备需要日夜不停地工作,密封的太空舱内是充满噪声的。此外,长期驻留在一个相对狭小的空间,对于航天员的心理、生理舒适度都是巨大考验。

因此,“天宫二号”的“五星级”装修不仅是以人为本,更有应对复杂太空环境的“小心机”呢!

目前,“天宫二号”生活区和仪器区的噪声指标,严格控制在了50分贝这一适宜的程度。秘诀就是“双管齐下”:一方面降低噪音源头,比如把设备分区安装;一方面在传统结构上布置一些吸能环节,优化了消声装置。

(图为“天宫二号”。图片来源:中国航天科技集团五院)

热控系统和环控检测装置是密封舱空气质量的“双保险”。表面上看,热控系统像我们熟知的家用空调一样,保证密封舱的空气在人体最舒适的区间:温度22~24 ,相对湿度45%~55%。但其实,它最大的亮点在节能!

“天宫二号”的热控系统堪称节能标兵:利用外太空的冷、密封舱内仪器设备的热,通过内部、内外循环利用,实现了热量的高效利用。以“天宫二号”的空间计算,正常的空调约需要1200瓦的功率,而热控系统仅仅220瓦就搞定了!

此外,环控检测装置将24小时不停地监控二氧化碳、己醛等20多种有害气体及有害微生物的浓度。一旦超过预警值,就会及时提示航天员处理。

朱枞鹏说,“天宫二号”最初是“天宫一号”的备份产品,但随着它被赋予新的使命,中国科学家极尽所能、集智攻关,“好、快、省”地完成了全面改装和升级。

如今,这个直径3米多的薄壁“太空堡垒”,正携带各种“神器”,围绕地球寂静地公转,静待“太空之家”完成的一刻。(完)

(原标题:“五星太空之家”是如何炼成的?)

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