夢天實驗艙里的“百寶箱”

本刊綜合

空間站夢天實驗艙配置的航天基礎試驗機柜（以下簡稱“試驗機柜”）給各類在軌載荷提供機、電、熱、信息等保障條件，支持各類試驗項目在軌滾動實施，為航天新技術的創(chuàng)新發(fā)展提供了強大的驗證平臺。該試驗機柜在軌以來，成功開展功能測試和部分載荷試驗。

那么，該試驗機柜中究竟藏有哪些“寶貝”？

空間“私人定制”

考慮到空間站運營期間試驗機柜平臺能力的升級換代，試驗機柜結(jié)構(gòu)需滿足設備在軌更換的條件，以便航天員高效快速地完成相關操作。試驗機柜在設計上支持在軌翻轉(zhuǎn)，可為航天員在軌維護、維修提供最佳操作體位，模塊化的布局設計便于試驗機柜平臺按功能分區(qū)升級優(yōu)化。

根據(jù)試驗載荷不同，兼顧用戶需求和模塊化設計成為解決多樣化需求和載荷接口標準化的最佳方式。試驗機柜的結(jié)構(gòu)機構(gòu)子系統(tǒng)可提供13種試驗空間，按照用戶需求組合安裝載荷單元，在軌實現(xiàn)自由匹配，通過“私人定制”模塊化空間，讓不同類型的“抽屜”像方塊一樣填滿整個試驗機柜。

此外，研制人員通過3D打印生成輕型化的螺旋電纜，為試驗載荷提供充足配電和信息支持的同時，還可隨載荷單元將人機操作界面伸出柜體，使航天員實現(xiàn)可視、可達的高效操作，堪稱試驗載荷的“生命臍帶”。

管家“冷暖掌控”

載荷試驗會產(chǎn)生熱量，這就需要熱控子系統(tǒng)對載荷環(huán)境的溫度進行管理。如果將試驗機柜比喻成一棟大樓，那么這棟大樓最多可容納13位房客（試驗載荷），熱控子系統(tǒng)就是這棟大樓的環(huán)境管家——別看它的體量不大，配置可不低，包括通風子系統(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。

熱控子系統(tǒng)為每個“房間”都配置了“中央空調(diào)”——通風子系統(tǒng)。每個載荷在側(cè)面均開設了通風孔，背部開設了回風口，通過載荷風機驅(qū)動，使冷風從通風孔進入載荷單元內(nèi)部，由回風口帶出熱量進入風道匯總，最后通過氣液換熱器將熱量傳遞給冷卻液路并將其帶走。

每個回風口都安裝了風量調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)“個人”體質(zhì)調(diào)節(jié)，既能“因人而異”，又能合理分配有限的資源。“房客”若是“高熱耗載荷”，液冷子系統(tǒng)還會為其準備一張“水床”（冷板），讓高熱耗設備“躺”在上面，通過流動的液體帶走熱量。液冷子系統(tǒng)可以為0位、1位、2位“高熱耗載荷”服務，實現(xiàn)載荷的在軌重構(gòu)和更換。

“房客”還可通過抽真空子系統(tǒng)在真空環(huán)境開展試驗。軟管和氣路快速斷接器可將試驗載荷與抽真空系統(tǒng)連接，打開閥門后，載荷空間的氣體就能被排散到外太空。

能量信息流安全、可靠

配電子系統(tǒng)為試驗機柜本體和試驗載荷提供充足能源。該系統(tǒng)能否正常工作，直接關系到試驗機柜各試驗裝置的任務成敗和航天員的操作安全。

為確保供電系統(tǒng)絕對安全，研制團隊在設計配電通路時，提供了多條供電故障模式對策。尤其是針對整柜母線無法斷電的情況，開發(fā)出指令與手動開關可同時斷電的工作模式，讓航天員可以手動完成試驗機柜的緊急斷電操作。

針對多載荷能量傳輸，研制團隊創(chuàng)新設計理念，不僅滿足集成化和輕量化的設計要求，大幅減少自重和體積，還提高了整個配電子系統(tǒng)的安全性、可靠性和靈活性。

電連接器和線纜是試驗機柜傳輸數(shù)據(jù)的基礎。低頻電纜、以太網(wǎng)電纜、總線電纜、螺旋電纜……針對試驗機柜內(nèi)復雜度極高的電纜設計，研制團隊根據(jù)試驗機柜本體結(jié)構(gòu)、設備布局、空間環(huán)境等多約束條件，采用分布式配電架構(gòu)和標準化電纜網(wǎng)設計，實現(xiàn)了最小代價的區(qū)域配電以及最小耦合關系的電氣連接。

“神經(jīng)系統(tǒng)”聯(lián)動天地

信息管理子系統(tǒng)搭建的“神經(jīng)系統(tǒng)”作為信息控制中樞，可以控制試驗機柜和試驗載荷在軌正常運轉(zhuǎn)。該子系統(tǒng)使用的光纖通信鏈路是試驗機柜和外部空間應用系統(tǒng)的唯一數(shù)據(jù)傳輸通道，承擔著交換與打包柜內(nèi)載荷數(shù)據(jù)、處理和分發(fā)上行指令數(shù)據(jù)的重任，是試驗機柜對外通信的“第一道大門”。

信息管理子系統(tǒng)還配置綜合管理設備，既實現(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，又肩負著載荷的采集、遙測、下傳、轉(zhuǎn)發(fā)指令等重任。同時，該子系統(tǒng)配置的無線收發(fā)設備還可支持無線終端快速接入，保障艙內(nèi)高速Wi-Fi全覆蓋。針對大容量載荷數(shù)據(jù)的在軌存儲設計了簡便易懂的文件存儲架構(gòu)，為載荷數(shù)據(jù)的存儲與回放提供可靠的技術支撐。

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（欄目編輯? 方郁芝）