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两总话天宫丨王翔:以数字技术推动空间站高质高效发展

时间:2023年01月05日 信息来源:央视《新闻直播间》 点击:463 字体:

中国空间站是一个由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱组成的T字构型组合体。据介绍,这样一个近百吨的庞然大物,在设计、制造、测试过程中,完全是数字化制造和验证。那么,数字技术如何推动空间站高质量、高效率发展呢?近日,央视总台“新闻直播间·两总话天宫”栏目采访了航天科技集团五院(以下简称五院)空间站系统总指挥王翔和相关专家。

 

空间站投入运营以后,每年还要发射两艘神舟飞船,天地往返接送航天员。五院529厂的厂房里,神舟飞船的结构正在生产中。529厂数字化与智能制造技术总师林晓青介绍,现在所有载人航天工程都是以三维数控程序来驱动整个数控设备,最后完成整个的加工。

 

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所谓的全三维的驱动是一个模型能承载设计信息、制造信息和检验信息,最后传递到总装,还能承载装配信息。一个模型是一个统一数据源。这个数据包是实时生成的,可以往回追溯,“任何一道工序,任何工人的每一步操作,它都有记录,所有数据都在。”林晓青说。

 

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用数据来为空间站的研制历程建立档案,源于空间站工程起步阶段的科学规划。中国空间站的数字化始于2012年。那时,空间站刚进入初样设计阶段。

 

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空间站系统复杂度高,涉及到能源、环境、控制、信息、推进等多学科、多系统。它的复杂还在于,一个专业设计如果发生了调整变化,会带来一系列的对周边系统的影响。五院空间站系统总指挥王翔举了一个简单的例子:“比如说空间站最终在天上组装建造完成,有一个很重要的动作就是要转位。整个空间站几个舱的动力学模型分别出自不同的单位,我们有负责结构设计的单位,有负责大帆板研制的单位。那么转位又要用转位臂进行平面转位的操作。在转位的过程中姿态变了,帆板受太阳的照射就变了,可能发电的性能和最后的供电的输出就全变了。”

 

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因为各系统间的相互影响,总体部门很难控制。如果还采取过去各自做专业设计,设计完了再集成反馈的流程,周期很长。另一方面,空间站从设计、生产、总装、测试、运行,研制流程贯穿了十多年。因此,传统研制模式已经不能适应航天科技集团提出的高质量、高效率、高效益发展要求,必须采用全面数字化技术创新研制和运行模式。空间站从设计之初,就建立了一套数字化协同设计的平台。

 

“在这个平台上,相关的各自的专业模型可以集成到一起,在这个环境下就可以进行多学科的综合的仿真,在仿真的过程中,刚才提到的这些效应和影响,都可以在中间反映和表现出来。如果这个时候需要做修正,比如说控制系统要对算法做修正,或者说不同的控制方式,测控是什么样的一个条件等等,都可以在集成环境下进行相应的设计和验证。”王翔说。

 

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在529厂,生产方式已经从纸质图纸变为三维模型,从表格化工艺变为结构化工艺。林晓青介绍,以前,像空间站的大型密封舱结构,如果按照图纸制造,需要工艺和操作人员逐步理解、反复迭代;有了三维模型以后,产品更直观,复杂结构产品用图纸不好表现的,以三维模型的方式展现就一目了然,工艺准备、数控编程的效率大幅提高,研制效率提升了50%以上。同时,三维模型也统一了研制过程的数据来源,有助于控制好产品质量。

 

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通过打通研制过程全周期、全三维的模型数字化流程,五院开辟了新型数字化研制模式,数字化技术提升了研制效率和质量,使中国空间站的研制周期缩短了30%。王翔表示,上下游的这些不同的部门都在这个体系下,通过数字模型联系在一起。通过这种联系,他们可以形成及时的反馈,也可以保证整个传递转换的过程,这个信息是不失真的,是真实的、准确的、快速的。这样一来,一方面效率提高了,减少了很多人工的工作量,另一方面也提高了质量,通过技术手段更是有效地避免了一些人为的出错的可能性。


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如今,数字空间站、地面这个与“天宫”等比例的空间站和太空中实际运行的空间站一起,共同形成了“天、地、数字”三站协同的新型运行模式。地面的等比例空间站用于软件升级验证和在轨航天员复杂操作地面验证;数字空间站用于任务飞行方案的设计和验证,以及在轨状态的实时数据监控。通过数字空间站,用飞行数据开展在轨状态预测、趋势评估,以扎实的基础能力做到给太空中正在运行的空间站一路护航。

 

“我们可以预设一些故障来检验故障预案,或者说我们根据天上的数据,利用这套模型来进行一些预示仿真,对健康状况进行一些评估预示等等,这个数字空间站现在已经成为一个保障支持空间站在天上安全运行非常有效的工具了。”王翔说。



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