2022年11月1日4時27分，隨著夢天實驗艙與天和核心艙、問天實驗艙在太空緊緊相擁，中國空間站在軌建造階段的最后一個艙段，配齊！中國空間站將雄闊壯美且匠心獨具的總體設計杰作繪就于無垠的太空中，書寫下載人航天三十載崢嶸歲月中又一濃墨重彩之筆。航天人牢記習近平總書記給空間站建造青年團隊回信囑托，再一次用成功向祖國報告！
秉承中國航天事業奠基人、五院首任院長錢學森提出的系統工程思想，歷經30年載人航天之路、十余年空間站研制之旅，航天人將“建造太空家園”的心中宏圖，繪成手中藍圖，終用智慧和汗水鑄成重器，彪炳史冊。重器背后，是中國空間站系統獨具特色、渾然天成的總體設計，是對我國航天器系統設計的又一創新跨越，閃耀著中國智慧，昭顯著匠心之美。其中，航天科技集團五院作為我國空間技術的總體院、空間站系統的抓總設計研制單位，發揮著無可替代的作用。
奇思妙想繪未來
源自總體設計的戰略觀
“結果源自開頭，起點通往終點”，五院空間站系統總指揮王翔認為，對于系統工程實踐來說，科學思想先于工程實踐，而這正反映了我國建設空間站立足當下、著眼長遠的戰略觀。在空間站這樣一個空前復雜的系統工程中，總體設計是“龍頭”和“命脈”，一切工作皆肇始于此，歸結于此。
回到夢開始的地方。“建造太空家園”筑夢之初，我國空間技術經過數十載的工程實踐，形成了一整套系統工程方法，積累了豐富的經驗，但卻被國際空間站拒之門外，面臨技術封鎖、關鍵器部件禁運等嚴峻形勢和多重約束。如何把多個大型航天器在軌合理、高效地組裝起來？如何低成本、高效益地實現長期在軌穩定運行？如何打破國外封鎖、自主創新地突破關鍵技術？……一連串空前的難題擺在五院總體設計人員面前。
“必須獨立自主，靠中國人自己的力量建成空間站！”五院空間站系統總設計師楊宏堅定地認為，“要依靠自立自強打破封鎖，通過增強頂層設計，瞄準前沿系統謀劃，提出適合我國國情的組裝建造方案。”他帶領五院總體設計團隊，秉持“1+N=1”的設計理念，以“規模適度、留有發展空間”為設計思路，踏上了巧思釋放、活力涌流的設計之旅。最終，他們創造性地提出“利用艙段交會對接和轉位機械臂進行平面轉位、研制大型組合機械臂并與航天員協同進行艙外大型設施構建”方案。這一獨具中國特色的總體設計方案，可以使我國在沒有航天飛機等大型運輸工具的情況下，完成積木加桁架混合構型的大型空間站在軌組裝建造。
從理想走向現實，需要以科學、統一的技術體制來有力地組織。于是，“一個系統總體、三個艙段總體加上一套專業分系統團隊”的工程組織架構如宏偉的建筑拔地而起，撐起了“整體統一”的管理，使天和、問天、夢天三個艙段的通用化率達80%，促進了系統方案優化。系統設計與工程管理深度融合，相得益彰。
藍圖繪就，穩步鋪展。在天和與問天組合形成“L”字形后，夢天的就位，使三艙構成一個可靠的“T”字形“核心組合體”，成為空間站的基本部分，將為巡天光學艙等后續擴展艙段奠定堅實的基礎。未來，還能夠在機械臂的輔助下進行擴展艙段的組裝，形成“十”字形、 “干”字形等擴展構型，可謂千變萬化。“然而，變化的過程和結果都來自設計，萬變而不離其宗。”王翔總指揮說。
天地人和融為一
源自總體設計的整體觀
天地人并生，萬物合為一。古人講求“天地人和”，把整個宇宙看做一個大系統。這樣穿越時空的智慧，在空間站系統的總體設計中體現得淋漓盡致。從全局謀劃一域，以一域服務全局——通過在眾多約束條件下創造最大價值的總體設計，天、地、人三大要素交相輝映，融為相互聯系、相輔相成的有機整體。
先看天上。組成空間站的各個艙段和來訪的飛船都是獨立的飛行器，對接后形成組合體，以“最強大腦”對整個空間站進行統一控制和管理，保證各艙段和飛行器動作協調，資源統一優化使用。為了真正合而為一，除了在結構上完成交會對接，還要讓信息系統和能源系統相互聯接，確保動態并網、能力共享，“神經”和“血液”暢通無阻。此外，通過熱控流體回路，熱量也實現了跨艙傳輸、相互兼容。三艙互聯互通，且具備跨航天器的系統重構能力，整體性能大幅超越了各航天器功能的簡單集合，這在國際上尚無人做到。而這也刻印著總體設計人員仰望蒼穹、匠心閃爍、接續奮斗的身影。
在地面，五院建設了一個與“天宮”等比例的物理空間站，并采用數字孿生技術創建了數字空間站，共同形成了“天-地-數字”三站協同的新型運行模式，用飛行數據實時驅動并開展在軌狀態預測、趨勢評估，以扎實的基礎能力做到一路護航。五院還抽調骨干成立了一支飛控隊伍，從天和核心艙發射前夕開始，他們就一直堅持三班倒、連軸轉的“空間站作息”，24小時不停地監控天上的狀態，一絲不茍、默默守護。一年多來，這支隊伍經受住了各種復雜在軌構型和各類任務的重重考驗，已身經百戰，具備了過硬的本領，將為后續長期在軌運營任務提供可靠支撐。
人，是空間站系統里具有決定性的要素。不論是最開始設計空間站，還是每次任務全過程，五院設計團隊都會和航天員進行充分的溝通，將以人為本的理念貫徹到底。一方面，從航天員的需求出發，通過設計不斷提升舒適性和便利性，打造一個讓航天員身體健康、心情愉悅的太空之家。干凈整潔的艙內環境、掃碼識別的物資管理系統、天地雙向視頻、智能廚房等等，都蘊藏著設計師們的精巧構思和大量心血。另一方面，確保航天員的安全是首要任務，在設計之初就要系統地將安全性、可靠性考慮充分。航天英雄楊利偉在首次飛天前對總體設計人員說“我信任你們”，這句話在五院人看來既是最棒的肯定，也是最重的責任。“人為天地客”，在中國空間站工程中，天地人實現了和諧共處、相互成就。
敏銳洞見解難題
源自總體設計的辯證觀
空間站系統的總體設計，既有胸懷宇宙萬象、馳騁天地間的酣暢淋漓，也曾屢遭“大象在瓷器店里跳舞”的棘手難題，更有橫刀立馬誓要守住的底線紅線。而這一切，都被總體設計人員以發展的眼光和辯證的思維及早洞見并巧妙化解了。
早在空間站任務起步之初，楊宏便意識到，關鍵核心元器件一定是制約空間站長期可持續發展的瓶頸。秉持以國家重大型號引領基礎技術突破的觀點，他帶領技術團隊駐扎元器件研制一線攻關，一舉突破了550萬門宇航用元器件的技術瓶頸，解決了核心元器件“卡脖子”問題。此舉不僅實現了對進口元器件的全部替代，打破了封鎖壁壘，而且迫使某國際元器件巨頭公司主動遵從我們的標準生產產品。目前空間站系統核心元器件已實現全部國產化，真正將主動權掌握在自己手中。
“創新建站、科技建站”，五院堅定地走科技自立自強之路，于數年前提早布局，打造了宇航智造工程空間站示范項目，打通了研制過程全周期、全三維的模型數字化流程，開辟了新型數字化研制模式，使研制周期縮短了30%。團隊執著地追求卓越、集智攻關，攻克了可爬行機械臂等一系列擁有自主知識產權的關鍵技術，在發供電、物資循環利用效能和運行經濟性等關鍵性能指標上實現了超越，使一個又一個中國奇跡炫舞太空，散發著耀眼的創新光芒。
面對系統可靠性的難題，五院人致力于以高質量、高效率、高效益全面發展的方式開展總體設計，潛心鉆研、匠心獨運，創立了在軌航天器安全性、可靠性、維修性“三性融合”的綜合工作體系。這種不中斷飛行、化繁為簡的維修設計，在各種約束條件下，實現了整體系統優化和功能增強。
空間站建造工程是發揮新型舉國體制優勢的典型案例。在以習近平同志為核心的黨中央堅強領導下，我國航天事業健全完善全國大協作、大攻關的系統工程體系，空間站研制團隊得以科學地組織跨行業、跨學科的集智攻關，聯合全國數千家單位、數萬名科技工作者大力協同。舉國鑄重器，重器始乃成。中國空間站建造無疑是新時代集中力量辦大事的生動范例。
習近平總書記在黨的二十大報告中指出，“加快實施創新驅動發展戰略”、“加快實現高水平科技自立自強”、“加快建設航天強國”。面向新征程，五院人將牢記習近平總書記給空間站建造青年團隊回信囑托，將更多壯美的杰作書寫在太空中，為實現我國航天科技高水平自立自強再立新功。我們相信，以“創新+匠心”的總體設計賦能美好太空家園的圖景，將在更多的空間技術領域得到充分的演繹和生動的展現。
稿件由央視網與中國空間技術研究院共同策劃
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