演講人：日期:天和核心倉講解目錄CATALOGUE01概述02結構設計03關鍵技術系統(tǒng)04科學實驗設施05運營與管理06未來發(fā)展展望PART01概述基本定義與背景中國空間站核心艙國家重大科技工程模塊化設計理念天和核心艙是中國空間站的首個發(fā)射艙段，全長16.6米，最大直徑4.2米，發(fā)射質量22.5噸，可支持3名航天員長期在軌駐留，是空間站的管理和控制中心。采用國際先進的艙段模塊化設計，具備對接多個實驗艙和載人飛船的能力，為后續(xù)擴展艙段預留標準化接口，支持未來10年以上在軌運行。作為中國載人航天工程"三步走"戰(zhàn)略的第三步關鍵項目，標志著我國正式邁入空間站時代，對提升國家航天技術水平和國際影響力具有重要意義。核心功能定位空間站控制中樞配備完整的GNC（制導導航控制）系統(tǒng)，負責整個空間站的姿態(tài)控制、軌道維持和能源管理，同時具備自主交會對接和轉位操作能力。航天員生活保障配置3個獨立睡眠區(qū)、1個衛(wèi)生區(qū)和先進的環(huán)控生保系統(tǒng)，可提供適宜的溫度、濕度、氧氣濃度等環(huán)境參數(shù)，保障航天員長期駐留需求?？茖W實驗平臺搭載無容器材料實驗柜、高微重力實驗柜等科學載荷，支持空間材料科學、流體物理、基礎物理等多學科實驗研究。能源與推進中心配備大型柔性太陽翼和鋰離子蓄電池，提供不低于10kW的電力輸出，同時具備軌道抬升和維持的推進能力。建設歷程與里程碑關鍵技術攻關階段（2011-2017）完成總體方案設計、關鍵技術驗證和初樣產(chǎn)品研制，突破大型密封艙體制造、長壽命環(huán)控生保等核心技術。正樣研制與測試（2018-2020）通過各項地面測試和聯(lián)合演練，完成熱真空、力學、電磁兼容等大型環(huán)境試驗驗證。成功發(fā)射與在軌驗證（2021）2021年4月29日由長征五號B遙二運載火箭在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射入軌，后續(xù)完成機械臂操作、出艙活動等關鍵技術驗證?？臻g站建造階段（2022-2023）先后與問天實驗艙、夢天實驗艙完成交會對接，形成"T"字基本構型，標志著中國空間站全面建成。PART02結構設計總體布局特征模塊化分段設計天和核心艙采用"工作艙+資源艙"雙模塊構型，工作艙為航天員主要活動區(qū)域，資源艙集中配置能源、推進系統(tǒng)，實現(xiàn)功能與載荷的高效分離。軸向對稱結構以中軸線為核心對稱分布實驗機柜、睡眠區(qū)、衛(wèi)生區(qū)等設施，確保艙內空間利用率最大化，同時滿足失重環(huán)境下航天員操作的穩(wěn)定性需求。柔性艙壁技術艙體采用蜂窩夾層復合材質，內嵌可變形緩沖結構，既能抵御太空微隕石撞擊，又能通過艙壁變形吸收對接時的沖擊能量。艙體分區(qū)功能1234綜合操控區(qū)配備全景舷窗和多功能控制臺，集成姿態(tài)控制、通信中繼、載荷管理三大系統(tǒng)，支持航天員完成交會對接、艙段擴展等關鍵任務。部署電解制氧、水循環(huán)、溫濕度調節(jié)等子系統(tǒng)，實現(xiàn)氧氣再生率≥90%、水資源循環(huán)利用率≥85%的閉環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)控生保區(qū)科學實驗區(qū)設置16個標準載荷機柜接口，支持流體物理、材料科學、生命科學等多學科實驗，配備微重力主動隔振平臺（精度達10^-6g）。生活保障區(qū)包含獨立睡眠艙、太空廚房、衛(wèi)生設施，采用人體工程學設計，配備噪聲控制（≤55分貝）和隱私保護系統(tǒng)。接口與連接機制軸向徑向雙模式對接前向配置主動捕獲式對接機構（公差容限±200mm），徑向設置被動接納端口，支持神舟、天舟及實驗艙多向同時對接。能源與數(shù)據(jù)總線通過4組120V高壓母線和千兆以太網(wǎng)實現(xiàn)艙間供電（最大30kW）與數(shù)據(jù)交互，采用雙冗余光纖環(huán)網(wǎng)確保傳輸可靠性。流體快速轉接系統(tǒng)集成液態(tài)工質（推進劑/冷卻劑）自動密封接頭，可在15分鐘內完成艙間燃料補給，泄漏率＜1×10^-6Pa·m3/s。機械臂輔助對接配備7自由度空間機械臂，定位精度達±5mm，可協(xié)助完成艙外設備轉移及來訪飛行器的輔助對接操作。PART03關鍵技術系統(tǒng)采用電解水制氧技術結合分子篩吸附二氧化碳，實現(xiàn)艙內氧氣濃度穩(wěn)定在21%-23%，同時通過Sabatier反應將二氧化碳還原為水和甲烷，提升資源利用率。氧氣循環(huán)與二氧化碳去除整合尿液蒸餾、汗液收集及冷凝水處理系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源98%以上的回收率，經(jīng)多層過濾和催化氧化后達到飲用水標準。水回收與凈化通過熱管輻射器與冷凝干燥裝置協(xié)同工作，維持艙內溫度在18-25℃、相對濕度40%-70%，確保航天員體感舒適并防止設備結露。溫濕度智能調控010302生命維持系統(tǒng)部署高靈敏度氣體傳感器陣列，實時監(jiān)測氨氣、甲醛等微量污染物，并通過催化燃燒技術進行無害化分解。有害氣體監(jiān)測與處理04能源供應技術柔性太陽翼發(fā)電采用三結砷化鎵太陽能電池，光電轉換效率達34%，配合雙軸對日定向機構，確保日均發(fā)電量≥120kWh，滿足艙內所有設備運行需求。01鋰離子蓄電池組配置兩組384V/180Ah大容量蓄電池，可在陰影區(qū)提供持續(xù)供電，支持全負荷運行45分鐘以上，循環(huán)壽命超過5000次。能源智能調度系統(tǒng)基于負荷預測算法動態(tài)分配電能，優(yōu)先保障生命維持和通信設備，并實現(xiàn)燃料電池備份系統(tǒng)與主電網(wǎng)的無縫切換。無線能量傳輸試驗開展微波輸能技術驗證，為未來空間站模塊間能源共享提供技術儲備，當前傳輸效率已達38%。020304導航控制系統(tǒng)六自由度控制發(fā)動機配置24臺10N推力器與4臺490N主發(fā)動機，采用脈沖調制技術實現(xiàn)姿態(tài)調整精度±0.05°，支持快速交會對接和緊急避障機動。復合導航傳感器融合星敏感器（精度0.001°）、光纖陀螺（漂移<0.01°/h）和GNSS接收機，構建多源冗余導航體系，定位誤差小于50米。自適應控制算法應用魯棒H∞控制理論處理大慣量耦合問題，能在太陽帆板展開等構型突變時保持穩(wěn)定，抗干擾能力提升60%。天地協(xié)同遙操作系統(tǒng)通過天鏈中繼衛(wèi)星實現(xiàn)毫秒級延遲操控，支持地面站人工介入異常處置，確保關鍵動作100%成功率。PART04科學實驗設施主要實驗載荷搭載多工位材料合成爐、X射線衍射儀等設備，支持半導體、合金及新型復合材料在微重力條件下的制備與性能分析。材料科學實驗裝置流體物理實驗模塊艙外暴露實驗平臺包括細胞培養(yǎng)裝置、生物樣本低溫存儲設備及微重力環(huán)境下動植物生長觀測系統(tǒng)，用于研究太空環(huán)境對生命體的影響機制。配備高精度激光干涉儀和微流控芯片，研究微重力條件下流體界面行為、熱毛細對流等基礎物理現(xiàn)象。通過機械臂將實驗樣品暴露于太空環(huán)境中，長期監(jiān)測宇宙輻射、原子氧侵蝕等空間環(huán)境效應?？臻g生命科學實驗載荷實驗領域分類空間生命科學與生物技術空間材料科學微重力基礎物理空間天文與地球觀測涵蓋骨骼肌肉萎縮對抗、干細胞三維培養(yǎng)、太空育種等研究，為長期載人航天任務提供醫(yī)學支持。開展冷原子鐘、量子糾纏等前沿實驗，驗證廣義相對論并探索新型空間傳感器技術。研究無容器凝固、過冷熔體結晶等過程，推動高性能熱電材料、金屬玻璃等新型材料的工業(yè)化應用。部署高能宇宙射線探測儀及多光譜成像儀，服務于暗物質研究、全球氣候變化監(jiān)測等重大科學項目。數(shù)據(jù)采集流程多模態(tài)傳感網(wǎng)絡采用邊緣計算技術對原始數(shù)據(jù)進行降噪、壓縮和特征提取，減少下行鏈路帶寬占用。在軌預處理系統(tǒng)天地協(xié)同傳輸機制地面驗證與反演通過溫度、壓力、光學等2000余個傳感器實時采集實驗環(huán)境參數(shù)，采樣頻率最高達1MHz。優(yōu)先通過中繼衛(wèi)星實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)實時下傳，關鍵數(shù)據(jù)同步存儲于抗輻射固態(tài)硬盤實現(xiàn)雙備份。中科院空間應用中心通過數(shù)值仿真與地面匹配實驗，對在軌數(shù)據(jù)進行可靠性驗證和科學價值評估。PART05運營與管理標準化操作流程制定涵蓋設備啟動、日常檢查、故障處理的詳細操作手冊，確保所有動作符合航天器安全運行標準，減少人為操作失誤風險。周期性維護計劃針對生命支持系統(tǒng)、能源模塊等關鍵設備建立分級維護體系，包括每日功能測試、每周深度巡檢及每月性能校準。應急響應預案設計覆蓋火災、失壓、電力中斷等12類突發(fā)場景的處置方案，每季度開展全流程模擬演練以保持機組人員熟練度。數(shù)據(jù)記錄與分析要求對艙內溫濕度、氧氣濃度等300余項參數(shù)進行實時記錄，建立大數(shù)據(jù)分析模型預測設備損耗周期。運維操作規(guī)范根據(jù)宇航員的專業(yè)背景（如醫(yī)學、工程學）和心理測評結果，分配艙內實驗、設備維修等差異化任務，最大化人力資源效率。實施"主崗+備崗"雙人協(xié)作模式，每48小時輪換一次崗位職責，避免長期單一作業(yè)導致的疲勞或技能退化。安排每周至少10小時的聯(lián)合操作演練，確保成員掌握交會對接、太空行走等需要多人配合的高難度任務。依據(jù)實驗設備狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集窗口期等因素，動態(tài)調整每日實驗任務序列，保障關鍵科研項目實施進度。宇航員任務分配多維度能力匹配動態(tài)輪崗機制跨系統(tǒng)協(xié)同訓練科學實驗優(yōu)先級管理安全監(jiān)控措施部署光學、紅外、超聲波三類傳感器陣列，對艙體結構完整性進行24小時不間斷監(jiān)測，數(shù)據(jù)實時回傳地面控制中心。三重冗余監(jiān)測網(wǎng)絡嚴格執(zhí)行每周3次的艙內表面微生物采樣，使用航天級消毒劑處理，防止微生物腐蝕設備或威脅乘組健康。微生物管理規(guī)程配備氣相色譜儀等精密設備，持續(xù)檢測空氣中揮發(fā)性有機物濃度，設置四級預警閾值并聯(lián)動凈化系統(tǒng)。有害物質防控體系010302在艙壁夾層填充聚乙烯復合材料，結合實時輻射劑量監(jiān)測，當量劑量超過安全標準時自動啟動避難艙室切換程序。輻射防護策略04PART06未來發(fā)展展望擴展升級計劃天和核心艙采用模塊化架構設計，未來可通過對接新艙段實現(xiàn)功能擴展，包括實驗艙、生活艙及能源艙等，提升整體空間站綜合能力。模塊化擴展設計計劃引入人工智能輔助控制系統(tǒng)，優(yōu)化艙內環(huán)境監(jiān)測、設備維護及科學實驗管理流程，提高空間站自動化運行水平。智能化系統(tǒng)升級將部署新一代柔性太陽能電池陣列和高效儲能系統(tǒng)，顯著提高能源收集與分配效率，支持更大規(guī)?？蒲休d荷運行。能源效率提升制定兼容多國航天器的標準化對接接口，為后續(xù)商業(yè)艙段或國際合作艙段接入提供技術基礎。對接標準國際化系統(tǒng)積累航天員生理指標、細胞變化等數(shù)據(jù)，構建人類長期太空生存的醫(yī)學模型，為深空探索提供健康保障依據(jù)。太空醫(yī)學數(shù)據(jù)庫試驗封閉環(huán)境下的水-氧循環(huán)系統(tǒng)、植物栽培技術，逐步驗證自維持生態(tài)系統(tǒng)的可行性。地外生態(tài)系統(tǒng)構建01020304建立長期微重力實驗平臺，重點開展流體物理、材料合成、生命科學等領域的突破性研究，推動基礎科學理論創(chuàng)新。微重力前沿研究利用太空無大氣干擾優(yōu)勢，部署高精度天文觀測設備，開展暗物質探測、系外行星研究等天文項目。宇宙觀