▲模拟图

(资料图片)

5月10日，天舟六号在长征七号遥七运载火箭的托举下顺利升空，飞船顺利进入预定轨道，我国空间站应用与发展阶段的首次飞行任务圆满告捷。

作为我国空间站建造完成后的首艘到访飞船，天舟六号货运飞船依然将承担起为空间站上行运输补给物资、下行废弃物以及配合空间站进行组合体轨道和姿态控制的使命。但不同的是，天舟六号货运飞船的“带货”实力实现了再升级，是一艘改进型货运飞船。

为了满足我国空间站运营阶段上行货物的需求，工程总体开展了改进型全密封货运飞船的论证工作，扩大货物舱的容积以提高单次发射任务的货物上行能力。

中国航天科技集团有限公司八院805所作为天舟货运飞船推进舱的抓总研制单位，在结构外形尺寸不变的前提下，对推进舱内外设备进行了重新设计布局，充分利用前期5艘货运飞船试验成果的大数据分析，同时借助数字化手段优化研制流程，在短时间内成功将原位于货物舱后锥段的近30台设备移至下方推进舱，为货物舱释放了珍贵的装载空间，让天舟货运飞船在实现运输效益最大化的同时，充分保障我国空间站的长期在轨稳定运营。

在“小天地”发挥“大智慧”

装舱设备的大幅增加、大量设备外形变化，仅仅是推进舱总装设计布局面临的第一道难题，除此之外，研制团队还要充分考虑因此引出的其他管路和线缆布局的优化调整，可谓牵一发而动全身，时时处处都考验着设计师的技术功底和匠心巧思。“在推进舱构型尺寸不变的情况下，舱内的配套设备增加了近50%，新增的设备大部分是从货物舱的后锥段移下来的，大多都属于外形尺寸大、插件布局密、关联设备多、线缆直径大的设备，除了满足设备安装后整体结构力学平衡需求外，还要预留足够的操作空间用于电缆插接以及电缆网敷设、固定绑扎，以及满足高标准的安全性、维修性要求。”八院飞船型号副总师曹俊生说道。

简单来说，根据装舱设备的功能特点，货运飞船的推进舱内分为两部分，上半部分主要是仪器设备区，内设一层仪器圆盘用于安装各类电子设备；下半部分为推进设备区，安装着燃料贮箱、气瓶等推进模块。由于原后锥段设备的下移，仪器设备区内的仪器圆盘变得“一位难求”。

“如果一味继承现有的设备安装布局，新增一层仪器圆盘用于安装新增的设备，舱内空间会被挤压并超出安全临界，即使设备能安装，也会存在总装操作中的人机工效问题，出现不易安装操作、更换维修的情况。”805所总装设计团队凭借着多年的工作经验，在方案更改论证阶段就意识到了上述分析和判断。为此，团队决定另辟蹊径，在螺蛳壳里做道场。他们对现有仪器圆盘的安装位置进行了重新调整，并对圆盘的整体结构进行重新设计，对相关的舱内管路和线缆走向进行重新布局。通过“强筋骨”“巧运力”“增内功”三招练就“大容量”仪器圆盘，提高圆盘的结构强度、巧设四周承载拉杆、新增小型电缆绑杆，不仅实现了承载能力的全面提升、避免了功率电缆的热导风险、确保了管路连接的安全可靠，还把推进舱质心和惯量的变化控制在最小。经过与各分系统开展多轮设计分析迭代，团队最终把增加的近30台设备成功布置到现有的一层圆盘上，以全新的设计满足了总体和分系统各类设备的布局需求。

数字化赋能 智造“新天舟”

天舟六号推进舱的全新布局，涉及到结构优化、仪器设备和管路布局等一系列的更改验证工作。为了验证新设计布局带来的质量特性变化能否适应整船力学环境，八院805所总装设计团队组织完成了推进舱单舱力学试验，这是继天舟一号货运飞船后再一次开展该类大型试验。

因推进舱布局非常复杂，如果按照10年前天舟一号研制时的工程试验方法，试验将面临周期长、反复多、判读难的问题。但在数字化赋能型号全流程研制的当下，团队借助于设计仿真一体化这个“新方法”,成功实现了天舟六号推进舱设计研制的“一步正样”、试验验证一次通过，不仅有效验证了新设计方案的合理性，还大幅提高了设计迭代的效率、缩减了大型试验的时间周期。

作为可靠性要求最严的载人航天工程，如何保证“新方法”应用的万无一失呢？在开展单舱振动试验前，805所总装设计团队进行了多轮动力学和强度仿真计算，通过数据仿真模型，提前预判了结构设计上的薄弱点，并通过不断完善迭代为推进舱强壮“筋骨”。在单舱振动试验过程中，团队结合前期收集的大量仿真结果，通过精准设置测点、精确设定条件，大大提高了振动试验的数据判读效率，有效验证了推进舱力学环境适应性，最终保证了单舱力学试验和整船力学试验的一次性通过，这也为其他型号数字化研制工作探索积累了工程研制经验。

当前，围绕实施数字航天战略，航天产品的设计环节也逐渐向数字化模式转变。从天舟六号开始，推进舱总装还引入了电缆网数字化设计，开展三维协同设计，推行三维模型下厂，取消了以往电缆生产前繁琐的模板取样方法。在实现电缆网设计生产效率跃升的同时，还可以降低电缆敷设等操作的风险，大幅提高了设计效率和质量，成为推动“三高”全面发展的有力实践。

作者：史博臻 梅杏 杨华星 李同

编辑：唐玮婕

责任编辑：戎兵

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