自2022年11月30日順利進(jìn)駐空間站組合體以來，神舟十五號(hào)航天員乘組已在軌工作生活兩個(gè)多月，先后完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜解鎖與測(cè)試、應(yīng)用載荷貨物出艙、空間站及載人飛船設(shè)備巡檢等工作，并開展了一系列空間科學(xué)實(shí)（試）驗(yàn)。

　　作為空間站工程航天技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域的抓總研制單位，航天科技集團(tuán)五院為空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙配置了航天基礎(chǔ)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)。該機(jī)柜在軌3個(gè)多月以來，成功開展功能測(cè)試和部分載荷試驗(yàn)，目前產(chǎn)品狀態(tài)良好。

　　那么，航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜（以下簡稱“試驗(yàn)機(jī)柜”）擁有哪些超強(qiáng)本領(lǐng)呢？

　　為用戶提供13種“私人定制”空間

　　試驗(yàn)機(jī)柜的設(shè)計(jì)壽命為15年，配套近百臺(tái)設(shè)備。考慮到空間站運(yùn)營期間機(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。“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)則便于機(jī)柜平臺(tái)按功能分區(qū)升級(jí)優(yōu)化。”航天科技集團(tuán)五院空間站航天技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域總體副主任設(shè)計(jì)師尹釗表示。

　　試驗(yàn)載荷不同，對(duì)在軌試驗(yàn)空間的要求也多樣化。為此，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。據(jù)悉，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。“通俗地講，就是通過‘私人定制’模塊化空間，讓不同類型的‘抽屜’像俄羅斯方塊一樣填滿整個(gè)機(jī)柜。”尹釗如此描述。

　　在15年的壽命期間，試驗(yàn)載荷需頻繁在軌更替，而不同類型試驗(yàn)項(xiàng)目的在軌試驗(yàn)周期又差別很大。如何為試驗(yàn)載荷提供充足“營養(yǎng)”，同時(shí)又方便航天員操作呢？研制人員通過3D打印生成輕型化的螺旋電纜，在為試驗(yàn)載荷提供充足配電和信息支持的同時(shí)，還可以隨載荷單元將人機(jī)操作界面伸出柜體，讓航天員可視、可達(dá)地高效操作，堪稱試驗(yàn)載荷的“生命臍帶”。

　　掌控“大樓”冷暖的環(huán)境管家

　　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），而熱控子系統(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。”尹釗形象地比喻道。

　　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)面開些較小的通風(fēng)孔，背部開個(gè)較大的回風(fēng)口，整個(gè)過程由載荷風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，讓冷風(fēng)從小孔進(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，最后通過氣液換熱器將熱量傳遞給冷卻液路帶走。”尹釗解釋說。每位“房客”的體質(zhì)不同，如何將空調(diào)設(shè)置到適合的溫度呢？原來，每個(gè)回風(fēng)口上都安裝了風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，具有5擋開度，可以根據(jù)“個(gè)人”體質(zhì)情況調(diào)大或關(guān)小，既“因人而異”，又能合理分配有限的資源。

　　假如“房客”是“高熱耗載荷”，“吹空調(diào)”不能滿足它的要求，怎么辦？此時(shí)，液冷子系統(tǒng)就會(huì)準(zhǔn)備一張“水床”（冷板），讓高熱耗設(shè)備“躺”在上面，通過流動(dòng)的液體帶走熱量，舒舒服服地開展試驗(yàn)。液冷子系統(tǒng)可以為0位、1位、2位“高熱耗載荷”服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)載荷的在軌重構(gòu)和更換。

　　當(dāng)某位“房客”需要在真空環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，就要用到抽真空子系統(tǒng)了。通過軟管和氣路快斷器，將試驗(yàn)載荷同抽真空系統(tǒng)連接，打開閥門后，載荷空間的氣體就被排散到外太空去，簡單而又實(shí)用。

　　提供安全、可靠的能量信息流

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

　　據(jù)尹釗介紹，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)，還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)完成整個(gè)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，大幅減少重量和體積，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)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。

　　聯(lián)動(dòng)天地的中樞“神經(jīng)系統(tǒng)”

　　作為信息控制中樞，信息管理子系統(tǒng)搭建的“神經(jīng)系統(tǒng)”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)所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，可謂機(jī)柜對(duì)外通信的“第一道大門”，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。“試驗(yàn)載荷在軌獲取的寶貴試驗(yàn)數(shù)據(jù)，都是通過它來聯(lián)通天地。”尹釗強(qiáng)調(diào)。

　　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)配置的無線收發(fā)設(shè)備還可支持無線終端快速接入，保障艙內(nèi)高速WiFi全覆蓋。“針對(duì)大容量載荷數(shù)據(jù)的在軌存儲(chǔ)，我們?cè)O(shè)計(jì)了簡便易懂的文件存儲(chǔ)架構(gòu)，為載荷數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與回放提供可靠技術(shù)支撐。”尹釗補(bǔ)充道。

　　　　（光明日?qǐng)?bào)北京2月9日電 光明日?qǐng)?bào)記者 張 蕾）