作者:高雅丽 来源:中国科学报 发布时间:2022/11/28 18:19:13
选择字号:
揭秘空间站“三居室”的“超级维修工厂”

 

近日,梦天实验舱进行转位并打开舱门,与天和核心舱、问天实验舱形成空间站“T”字基本构型组合体,航天员在太空住上了“三室大豪宅”。

梦天实验舱搭载了8个科学实验柜,其中最特殊的就是在线维修装调操作柜(以下简称在线柜)。它像一个“超级维修工厂”,确保航天员在空间站住的舒心、科学家的实验也能顺利进行。

在近日的《中国科学报社——走进国家太空实验室/ 系列直播特别节目》上,中国科学院空间应用工程与技术中心实验柜总体主任设计师张立宪、中国科学院空间应用工程与技术中心在轨气液支持主任设计师薛晶、中国科学院空间应用工程与技术中心电子学主任设计师李策、中国科学院空间应用工程与技术中心在线柜副主任设计师王金准4位专家,对科学实验柜进行了详细解读。

打造空间实验“梦工厂”

此次梦天实验舱搭载的8个科学实验柜,每一个都相当于综合性的领域实验室。这些实验室看起来整洁舒适,丝毫不见盘根错节的线缆、管路,这少不了科学家前期的规划。

据张立宪介绍,科学实验柜由基础支撑系统和科学实验系统两部分构成,科学家对其中较共性的结构安装、基础电子学与热控功能进行提炼,统一开发研制高水平的基础支撑系统,使得科学实验柜“对外接口一致、对内接口规范”,便于航天员操作和长期运营保障,也方便不同实验柜的科学家团队根据规范来设计不同的科学仪器设备。

为了尽可能完成更多实验,所有的科学设施都要装在柜子中,如何太空中实现“既轻便又牢固”?

张立宪说:“在实验柜建造期间,通过多轮次‘材料优选、轻量化设计、仿真分析、力学试验验证’的迭代,以不到100kg的柜体主结构能承载500kg重量的优异承载性能。”

如果把空间站比作一个大房子,科学实验柜就是里面的“家用电器”,也需要供电和网络通讯。

李策说:“实验柜做了特别的设计,具有自保护的能力,每个实验柜分配一定功率的电力,其中大约4/5分配给了科学实验系统,另外的1/5则用于基础保障设施;同时,每台实验柜有8路1000M的网络提供给科学家,来传输实验数据。此外实验柜还能通过光纤和空间站其他设备进行数据传输,通讯方面做到最大化的满足科学实验的要求。”

科学实验柜中,不同的科学载荷会有不同的散热需求,有的科学家希望设备用液体散热,有的科学家希望能用风冷散热。因此,气、液多场自适应快速重构的模块化热控应运而生,是每个实验顺利进行的“幕后英雄”。

“地面上风扇是很常见的冷源,热量吹到空气里,很快就会消散掉。但是在轨的风扇可不是随便用的,需要考虑设备是否会被吹跑,也要考虑热气吹向了哪里,相比之下液冷散热效率更高,路径更清晰。”薛晶说。

变身“超级维修工”

在线柜最核心的部分就是有一个非常大的多功能操作箱——在线维修操作支持单元,有效操作体积在360L以上。

“操作箱前面有个透明的面板,航天员可以看到箱内的环境,也可以通过面板上的两个操作孔,利用手套,从外部对箱体内的载荷进行操作。此外,航天员还可以把透明面板打开,直接对里面的载荷进行操作。不仅如此,箱体内部有监测温度、湿度、压差的传感器,有相机和照明设备,有供电、信息接口,还有液体、气体的接口。”王金准说。

如果天上进行的科学实验产生了废弃物质,在线柜还装有一套风路循环系统,可以同时实现风冷散热、废弃颗粒物的吸附和部分气体的吸收处理。

梦天实验舱配备的科学载荷,有大有小,尺寸不一,面对不同的维修需求,在线柜也做了充分的准备。

在线柜配备有一套7自由度的灵巧机械手,可以实现多种类的精密操作,操作精度可以达到0.1mm。如果有载荷需要来这里进行操作或者试验,就可以把它放到底部的作业台上,充分利用箱内现有的资源。

如果需要维修的载荷尺寸很大,在线柜还额外设计了一个可以展开的移动维修平台,它折叠着放在了箱体的下方。

“航天员使用的时候,可以把移动维修平台抽出、展开,固定在柜子的任意高度上,一个拓展式的操作平台就架设好了,这个平台提供了多种不同的固定方式适应不同的载荷。”王金准表示。

最特别的是,在线柜还有一套基于增强现实技术的智能诱导维修系统,可以让航天员秒变“超级维修工”。

王金准介绍,航天员如果需要维修操作一些复杂的设备,可以不再使用传统的说明书、操作手册等产品,而是选择戴上增强现实眼镜,配合诱导维修软件的指引,在真实的待操作产品上叠加预先制作好的操作指引动画。

“航天员还可以直接在虚拟界面上选择需要的操作步骤演示,这样能够更轻松、更清晰、更直观的了解操作过程,并完成操作。”王金准说。

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
油菜素内酯对陆地棉纤维伸长的调控网络 天格计划合作组4所高校成功发射4颗卫星
望远镜观测助手的24小时 小身体大能量!“天智二号”D星发射成功
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文