中國空間站是一個由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三艙組成的T字構(gòu)型組合體。據(jù)介紹，這樣一個近百噸的龐然大物，在設(shè)計、制造、測試過程中，完全是數(shù)字化制造和驗證。那么，數(shù)字技術(shù)如何推動空間站高質(zhì)量、高效率發(fā)展呢？近日，央視總臺“新聞直播間·兩總話天宮”欄目采訪了航天科技集團五院（以下簡稱五院）空間站系統(tǒng)總指揮王翔和相關(guān)專家。

空間站投入運營以后，每年還要發(fā)射兩艘神舟飛船，天地往返接送航天員。五院529廠的廠房里，神舟飛船的結(jié)構(gòu)正在生產(chǎn)中。529廠數(shù)字化與智能制造技術(shù)總師林曉青介紹，現(xiàn)在所有載人航天工程都是以三維數(shù)控程序來驅(qū)動整個數(shù)控設(shè)備，最后完成整個的加工。

所謂的全三維的驅(qū)動是一個模型能承載設(shè)計信息、制造信息和檢驗信息，最后傳遞到總裝，還能承載裝配信息。一個模型是一個統(tǒng)一數(shù)據(jù)源。這個數(shù)據(jù)包是實時生成的，可以往回追溯，“任何一道工序，任何工人的每一步操作，它都有記錄，所有數(shù)據(jù)都在?！绷謺郧嗾f。

用數(shù)據(jù)來為空間站的研制歷程建立檔案，源于空間站工程起步階段的科學(xué)規(guī)劃。中國空間站的數(shù)字化始于2012年。那時，空間站剛進入初樣設(shè)計階段。

空間站系統(tǒng)復(fù)雜度高，涉及到能源、環(huán)境、控制、信息、推進等多學(xué)科、多系統(tǒng)。它的復(fù)雜還在于，一個專業(yè)設(shè)計如果發(fā)生了調(diào)整變化，會帶來一系列的對周邊系統(tǒng)的影響。五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔舉了一個簡單的例子：“比如說空間站最終在天上組裝建造完成，有一個很重要的動作就是要轉(zhuǎn)位。整個空間站幾個艙的動力學(xué)模型分別出自不同的單位，我們有負責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計的單位，有負責(zé)大帆板研制的單位。那么轉(zhuǎn)位又要用轉(zhuǎn)位臂進行平面轉(zhuǎn)位的操作。在轉(zhuǎn)位的過程中姿態(tài)變了，帆板受太陽的照射就變了，可能發(fā)電的性能和最后的供電的輸出就全變了?！?/p>

因為各系統(tǒng)間的相互影響，總體部門很難控制。如果還采取過去各自做專業(yè)設(shè)計，設(shè)計完了再集成反饋的流程，周期很長。另一方面，空間站從設(shè)計、生產(chǎn)、總裝、測試、運行，研制流程貫穿了十多年。因此，傳統(tǒng)研制模式已經(jīng)不能適應(yīng)航天科技集團提出的高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展要求，必須采用全面數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新研制和運行模式?？臻g站從設(shè)計之初，就建立了一套數(shù)字化協(xié)同設(shè)計的平臺。

“在這個平臺上，相關(guān)的各自的專業(yè)模型可以集成到一起，在這個環(huán)境下就可以進行多學(xué)科的綜合的仿真，在仿真的過程中，剛才提到的這些效應(yīng)和影響，都可以在中間反映和表現(xiàn)出來。如果這個時候需要做修正，比如說控制系統(tǒng)要對算法做修正，或者說不同的控制方式，測控是什么樣的一個條件等等，都可以在集成環(huán)境下進行相應(yīng)的設(shè)計和驗證。”王翔說。

在529廠，生產(chǎn)方式已經(jīng)從紙質(zhì)圖紙變?yōu)槿S模型，從表格化工藝變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化工藝。林曉青介紹，以前，像空間站的大型密封艙結(jié)構(gòu)，如果按照圖紙制造，需要工藝和操作人員逐步理解、反復(fù)迭代；有了三維模型以后，產(chǎn)品更直觀，復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品用圖紙不好表現(xiàn)的，以三維模型的方式展現(xiàn)就一目了然，工藝準備、數(shù)控編程的效率大幅提高，研制效率提升了50%以上。同時，三維模型也統(tǒng)一了研制過程的數(shù)據(jù)來源，有助于控制好產(chǎn)品質(zhì)量。

通過打通研制過程全周期、全三維的模型數(shù)字化流程，五院開辟了新型數(shù)字化研制模式，數(shù)字化技術(shù)提升了研制效率和質(zhì)量，使中國空間站的研制周期縮短了30%。王翔表示，上下游的這些不同的部門都在這個體系下，通過數(shù)字模型聯(lián)系在一起。通過這種聯(lián)系，他們可以形成及時的反饋，也可以保證整個傳遞轉(zhuǎn)換的過程，這個信息是不失真的，是真實的、準確的、快速的。這樣一來，一方面效率提高了，減少了很多人工的工作量，另一方面也提高了質(zhì)量，通過技術(shù)手段更是有效地避免了一些人為的出錯的可能性。

如今，數(shù)字空間站、地面這個與“天宮”等比例的空間站和太空中實際運行的空間站一起，共同形成了“天、地、數(shù)字”三站協(xié)同的新型運行模式。地面的等比例空間站用于軟件升級驗證和在軌航天員復(fù)雜操作地面驗證；數(shù)字空間站用于任務(wù)飛行方案的設(shè)計和驗證，以及在軌狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控。通過數(shù)字空間站，用飛行數(shù)據(jù)開展在軌狀態(tài)預(yù)測、趨勢評估，以扎實的基礎(chǔ)能力做到給太空中正在運行的空間站一路護航。

“我們可以預(yù)設(shè)一些故障來檢驗故障預(yù)案，或者說我們根據(jù)天上的數(shù)據(jù)，利用這套模型來進行一些預(yù)示仿真，對健康狀況進行一些評估預(yù)示等等，這個數(shù)字空間站現(xiàn)在已經(jīng)成為一個保障支持空間站在天上安全運行非常有效的工具了?！蓖跸枵f。