“國際空間站”各系統(tǒng)設(shè)計

范嵬娜（北京空間科技信息研究所）

□□“國際空間站”是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，它由電源系統(tǒng)（EPS），熱控系統(tǒng)（T C S），通信與跟蹤系統(tǒng)（C&T S），制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)與機構(gòu)（S&M）系統(tǒng)，環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)（ECLSS），指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（C&DH），機器人系統(tǒng)（RS），飛行乘員系統(tǒng)（FCS），有效載荷系統(tǒng)（PL）10個系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)為航天員在站上進行科學(xué)研究提供了安全、舒適、可居住的環(huán)境，保障站上有效載荷、硬件、軟件和乘員設(shè)施的正常運行。

1 電源系統(tǒng)

“國際空間站”的電源系統(tǒng)采用太陽能發(fā)電方式。站上有2個互連系統(tǒng)，即美國艙段的124V系統(tǒng)和俄羅斯艙段的28V系統(tǒng)，2個系統(tǒng)通常狀態(tài)下是相互獨立的，但通過直流變換器互連后可允許電力雙向傳輸。

美國艙段電源系統(tǒng)是一種分配電源系統(tǒng)，即在局部區(qū)域（光伏太陽電池陣）產(chǎn)生電源，然后分配給各個艙使用。它分為3個分系統(tǒng)：一次電源系統(tǒng)、二次電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。美國艙段使用光伏電池模塊（PVM）產(chǎn)生和貯存一次電源，一次電源被轉(zhuǎn)換成二次電源，通過轉(zhuǎn)換器，二次電源分出眾多路徑輸送到“國際空間站”獨立的電源用戶。光電模塊是增大一次電源生產(chǎn)能力的獨立發(fā)電廠。而二次電源系統(tǒng)是集成到“國際空間站”的桁架、艙段和設(shè)備機柜內(nèi)的本地電網(wǎng)。輔助分系統(tǒng)包括熱控、接地和指令與控制。

俄羅斯艙段電源系統(tǒng)采用本地化體系結(jié)構(gòu)，曙光號多功能貨艙和星辰號服務(wù)艙都具有獨立的電源系統(tǒng)，產(chǎn)生、存儲和消耗各自的電能。

電源系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

（1）供電功率

站上總功率：110kW；平均功率：30kW；最小連續(xù)功率：26kW。

（2）電壓體制

美國艙段：一次電源160V，二次電源124V；俄羅斯艙段：28V。

（3）太陽電池翼

總數(shù)量為8個（4對）；尺寸：完全展開時，每個長35m，寬12m；完全收縮時，每個長4.57m，高51cm；每個功率為32.8kW；總面積約3000m2。

每個電池翼包括2塊可伸縮的太陽電池板，中間由展開桿連接；每個電池翼包括32800塊太陽電池，每塊8cm×8cm；每個電池翼包括164個有源板（電池串），每個有源板包括200個太陽電池和4100個二極管。

（4）萬向節(jié)

太陽電池翼裝有2個太陽阿爾法旋轉(zhuǎn)節(jié)（SARJ）：它們是空間站主萬向節(jié)，由于持續(xù)旋轉(zhuǎn)保證電池陣指向太陽；裝有8個貝它萬向節(jié)組件（BGA）：它們是單軸萬向節(jié)，可連續(xù)360°旋轉(zhuǎn)，用于調(diào)整角度；精度為±0.005°。

（5）鎳氫電池組件

太陽阿爾法旋轉(zhuǎn)節(jié)結(jié)構(gòu)圖

每個鎳氫電池組件包括38個輕型鎳氫電池，每個組件的容量為81A?h?？沙潆婃嚉潆姵赜糜跊]有太陽光照射時的空間站電源供應(yīng)；每90min工作35min；工作壽命6.5年。在日照區(qū)，電池由發(fā)電系統(tǒng)充電，在陰影區(qū)電池放電。在用電高峰或發(fā)電系統(tǒng)故障時，電池組也可提供電源。在正常供電情況下，電池組僅按30%的放電深度設(shè)計。

2 熱控系統(tǒng)

“國際空間站”上的熱控系統(tǒng)由被動熱控系統(tǒng)和主動熱控系統(tǒng)組成。美國與俄羅斯艙段熱控分別進行控制。

被動熱控系統(tǒng)利用多層隔熱組件、熱控涂層、加熱器、熱管等元器件，以及選擇空間運行姿態(tài)的辦法來維持各結(jié)構(gòu)體和軌道可更換單元所需的溫度范圍。

在工作環(huán)境或熱載荷超出了被動熱控系統(tǒng)的熱控能力時，需要采用主動熱控系統(tǒng)。在閉合回路中，主動熱控系統(tǒng)通過使用機械泵提供動力的流體來執(zhí)行熱量收集、熱量傳遞和散熱3種功能。

美國艙段的主動熱控系統(tǒng)由艙內(nèi)系統(tǒng)和外部系統(tǒng)組成，艙內(nèi)系統(tǒng)用于收集設(shè)備產(chǎn)生的熱量，外部系統(tǒng)負責(zé)將這些熱量排放到空間中去。內(nèi)部主動熱控系統(tǒng)在各個加壓艙中設(shè)置若干相互獨立的單相水回路，采用水作為工作流體，因為它既高效又安全；外部熱控采用以泵驅(qū)動的單相無水氨回路，各艙段收集的熱量傳輸?shù)椒謩e安裝在S1、P1桁架段處2組展開的散熱器，并向外空間散熱。光電模塊主動熱控系統(tǒng)采用獨立的單相氨回路。

俄羅斯艙段的熱控系統(tǒng)大體沿用和平號空間站的熱控模式，即主要依靠各艙的液體回路實現(xiàn)各自的熱量傳輸，以及各艙壁散熱器表面排散廢熱。內(nèi)回路以乙二醇-水為工質(zhì)，外回路以有機硅液為工質(zhì)，設(shè)有2套并聯(lián)互為備份的艙內(nèi)主冷卻回路。每套內(nèi)回路均有冷凝干燥換熱器、可更換的泵組單元、流量調(diào)節(jié)閥和熱管式艙壁恒溫加熱器。對高熱負荷設(shè)備還采取冷卻板散熱措施。各艙段的熱控單元既可獨立運行，又能適當(dāng)聯(lián)合。

“國際空間站”熱控系統(tǒng)

熱控系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

（1）溫度控制范圍

“國際空間站”壁面溫度：16.7～45℃，空氣溫度：18～27℃；

美國艙段內(nèi)部主動熱控系統(tǒng)包含2個單相水回路：低溫回路和中溫回路。低溫回路工作溫度4℃，用于生保系統(tǒng)艙的空氣循環(huán)熱交換器的熱量排放；中溫回路工作溫度17℃，主要用于冷卻安裝在不同冷卻板上的電子設(shè)備（表面溫度為35℃時，冷卻板的冷卻能力大于620W）。

俄羅斯艙段：18～28℃。

（2）最大熱負載

“國際空間站”總的熱負載：140.5kW，其中美國102kW，俄羅斯38.5kW。

（3）多層隔熱組件

它由中間帶有滌綸網(wǎng)（用于絕緣）的20層雙鍍鋁聚酯薄膜（DAM）組成，密度約1.2kg/m2，平均有效輻射率是0.035，鋁覆蓋外層。

（4）表面涂層

采用作陽極化處理的涂層與油漆。

3 通信與跟蹤系統(tǒng)

“國際空間站”通信與跟蹤系統(tǒng)

通信與跟蹤系統(tǒng)關(guān)系到“國際空間站”穩(wěn)定運行所要求的安全性和可靠性，以及空間站上科學(xué)研究數(shù)據(jù)的獲取?！皣H空間站”通信與跟蹤系統(tǒng)任務(wù)包括：

? 提供“國際空間站”上航天員間的雙向話音和視頻通信，包括艙外活動；

? 提供“國際空間站”與休斯敦任務(wù)控制中心（MCC-H）的飛行控制組以及與地面的有效載荷專家間的雙向話音、視頻通信和文件傳輸；

? 提供“國際空間站”與有效載荷操作中心（POIC）的單向通信；

? 接收休斯敦任務(wù)控制中心和軌道器發(fā)送的指令，通過飛行控制器操控“國際空間站”；

? 向休斯敦任務(wù)控制中心和有效載荷操作中心發(fā)送系統(tǒng)和有效載荷的遙測數(shù)據(jù)。

通信和跟蹤系統(tǒng)包括6個分系統(tǒng)：①內(nèi)部話音分系統(tǒng)，用于“國際空間站”上內(nèi)部的話音通信，具有與外部連接的接口；②S頻段分系統(tǒng)，用于傳輸話音、指令、遙測和文件數(shù)據(jù)；③超高頻分系統(tǒng)，用于艙外活動和接近操作；④視頻傳輸分系統(tǒng)，用于“國際空間站”上內(nèi)部的視頻通信，也與外部連有接口；⑤Ku頻段分系統(tǒng)，用于有效載荷數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)的下行鏈路以及雙向文件傳輸業(yè)務(wù)；⑥早期通信分系統(tǒng)。6個分系統(tǒng)協(xié)同工作，提供“國際空間站”各項任務(wù)所需的通信業(yè)務(wù)。

通信和跟蹤系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

各分系統(tǒng)間通過1553B總線通信。

1）S頻段：2.025～2.2110GHz下行鏈路；2.2～2.29GHz上行鏈路；由2套完全相同的線路組成（S1桁架和P1桁架上），2套設(shè)備互為備份。

2）Ku頻段：10.7～12.2GHz下行鏈路；14～14.5GHz上行鏈路；提供3Mbit/s的前向鏈路碼速率；包括1套線路（Z1桁架上）；覆蓋率約70%。

3）俄羅斯艙段誤碼率：指令誤碼率小于10-6；遙測誤碼率小于10-3。

4 制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)

制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是在空間站的整個飛行任務(wù)期間，維持空間站在各種工作模式下的正常運行以及與其他航天器或艙段進行交會、?？?、對接和分離操作所要求的全部制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制任務(wù)。制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)支持6大功能：制導(dǎo)、狀態(tài)測量、姿態(tài)測量、指向和支持、位移控制以及姿態(tài)控制。

“國際空間站”通信與跟蹤系統(tǒng)

“國際空間站”有2個獨立的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)：俄羅斯艙段運動控制系統(tǒng)（MCS）和美國艙段的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)。2個系統(tǒng)互為備份，提高了任務(wù)的安全性。但只有俄羅斯艙段有推進功能，只有美國艙段有指向和支持功能。

制導(dǎo)功能主要由俄羅斯艙段提供，指導(dǎo)空間站選擇最佳行進路徑，美國艙段制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)也為“國際空間站”提供一些制導(dǎo)規(guī)劃支持。

導(dǎo)航包括狀態(tài)測量、姿態(tài)測量、指向和支持三大功能。它主要依賴于美國GPS的數(shù)據(jù)來確定“國際空間站”的位置、速度和姿態(tài)，美國2套“速率陀螺組件”也會產(chǎn)生一些姿態(tài)數(shù)據(jù)，作為GPS數(shù)據(jù)的補充。而俄羅斯GLONASS為俄羅斯運動控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。俄羅斯也通過使用跟蹤恒星、太陽及測量地平線的傳統(tǒng)方法來確定“國際空間站”姿態(tài)。

控制包括位移控制（軌道提升）以及姿態(tài)控制（保持“國際空間站”方位）。它用于軌道提升的再推進，主要通過對接在“國際空間站”上的俄羅斯進步號系列飛船和歐洲的“自動轉(zhuǎn)移飛行器”主發(fā)動機點火完成，再推進指令由莫斯科任務(wù)控制中心控制。姿態(tài)控制主要是控制空間站的旋轉(zhuǎn)，主要方法是使用安裝在Z1桁架上的控制力矩陀螺（CMG）。當(dāng)干擾力矩超出控制力矩陀螺能力即控制力矩陀螺出現(xiàn)飽和狀態(tài)后，將啟動俄羅斯的推力器進行姿態(tài)控制。

“國際空間站”導(dǎo)航定位體系

制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

（1）姿態(tài)控制

它能夠在控制力矩陀螺控制下進行當(dāng)?shù)刈鴺讼到y(tǒng)（LVLH）的姿態(tài)保持；可在反作用控制系統(tǒng)（反作用控制系統(tǒng)）控制下進行瞬時姿態(tài)機動；姿態(tài)指向精度：±0.1°/軸；在靜態(tài)條件下姿態(tài)與姿態(tài)速率的穩(wěn)定度為：每軸姿態(tài)±0.1°；每軸姿態(tài)速率±0.02（°）/s。

（2）控制力矩陀螺

數(shù)量：4個；質(zhì)量：300kg（每個）；自由度：2；每個控制力矩陀螺包括1個不銹鋼飛輪：質(zhì)量100kg，旋轉(zhuǎn)速度6600r/min，產(chǎn)生角動量4880N·m/s，產(chǎn)生257N·m的轉(zhuǎn)矩。

（3）24臺反作用推力器的反作用控制系統(tǒng)（RCS）

反作用控制系統(tǒng)為“國際空間站”的軌道保持、粗略/瞬間穩(wěn)定操作及避碰等提供控制，并作為控制力矩陀螺控制系統(tǒng)的補充備份。噴氣驅(qū)動機構(gòu)和發(fā)動機裝置均按模塊化設(shè)計，便于維護與更換。

5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機構(gòu)

“國際空間站”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用來保護航天員在極為惡劣的太空環(huán)境下生存。機構(gòu)的作用則是將各個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接在一起，或是臨時固定各項載荷設(shè)備。

“國際空間站”上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為加壓艙和桁架兩類。

加壓艙包容著航天員進行工作和生活的大氣環(huán)境。它又可分為主要結(jié)構(gòu)和次要結(jié)構(gòu)兩部分。其主要結(jié)構(gòu)部分由1個環(huán)狀機構(gòu)和1個縱梁加固壓力殼組成。環(huán)狀機構(gòu)用來承受載荷并固定縱梁和殼層?？v梁用來增強殼體的剛度，從而增強整個艙體的負載能力。其次要結(jié)構(gòu)的主要功能是幫助航天員和載荷的正常工作、支持相關(guān)設(shè)備以及防護空間碎片。次要結(jié)構(gòu)相對于主要結(jié)構(gòu)來說既包括艙內(nèi)部分又包括艙外部分，例如支架和機柜都是艙內(nèi)的次要結(jié)構(gòu)。艙外的次要結(jié)構(gòu)包括航天員艙外機動輔助裝置、緊固裝置、護窗板和微流星體/空間碎片防護裝置。

桁架相當(dāng)于“國際空間站”的脊柱，用于固定空間站的各部分組件。桁架中還包括電線和冷卻管、機動運輸軌以及諸如連結(jié)點之類的機械系統(tǒng)。“國際空間站”的桁架包含兩種桁架技術(shù)：綜合桁架結(jié)構(gòu)（ITS）和俄羅斯的科學(xué)動力平臺（SPP）。前者由10個鋁質(zhì)單件組成，組裝完成后長達100m。已取消的后者原計劃位于星辰號服務(wù)艙的頂端，高8m，由俄羅斯建造。

機構(gòu)用來連接“國際空間站”上的各個組件、對接飛船或是對一些載荷進行臨時的固定。大部分機構(gòu)都是一次性的，而那些用來連接對接飛船和用作臨時固定的機構(gòu)則能多次重復(fù)使用。例如通用對接機構(gòu)（CBM）、實驗支架裝置（LCA）、段-段固定裝置（SSAS）和異體同構(gòu)周邊對接機構(gòu)（APAS）。通用對接機構(gòu)用來將2個加壓艙對接在一起（美國部分），分為主動部分和被動部分：主動部分包括環(huán)形結(jié)構(gòu)、捕獲鎖、對準導(dǎo)向件、電動螺栓和控制器面板，被動部分包括環(huán)形結(jié)構(gòu)、捕獲鎖、對準導(dǎo)向件和螺母。實驗支架裝置的作用是在“國際空間站”組建過程中固定桁架S0。綜合桁架結(jié)構(gòu)各段是通過段-段固定裝置連接在一起的，尤其是S3、S4、S1、S0、P1和 P3、P4。S5、S、P5和P6段則是由航天員在艙外組裝的。異體同構(gòu)周邊對接機構(gòu)有兩個功能：一是用來對接飛船和航天飛機，另外是將曙光號多功能貨艙固定在加壓匹配適配器－1（PMA－1）上。

“國際空間站”現(xiàn)有密封艙組裝順序及性能指標

6 環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)

環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)為航天員提供了一個工作和生活的安全居住環(huán)境，該系統(tǒng)設(shè)計的中心是如何利用最新的技術(shù)來實現(xiàn)“國際空間站”上資源消耗的最小化。其能力由美國和俄羅斯的生命保障設(shè)備聯(lián)合提供。

環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能分為5個分系統(tǒng)。

1）大氣再生分系統(tǒng)（AR）主要控制人體代謝產(chǎn)生的二氧化碳和大氣中的痕量污染物，通過再生方法提供人體與其他生物呼吸所需要的氧，檢測站內(nèi)大氣的主要組成成分（包括二氧化碳、氧、氮、氫、甲烷和水蒸氣），并控制大氣中的微粒和微生物。

2）溫濕度控制分系統(tǒng)（THC）主要控制載人艙的溫度與濕度，通過空氣冷卻產(chǎn)熱的儀器設(shè)備，為使航天員舒適和維持站內(nèi)大氣的二氧化碳、氧及痕量污染物的整體水平控制進行艙內(nèi)與艙間的通風(fēng)。

3）大氣控制與供給分系統(tǒng)（ACS）在常壓和在氣閘艙70kPa氣壓條件下，控制大氣的總壓與氧分壓，座艙大氣的升壓和降壓，總壓和氣壓升降率的監(jiān)測，進行艙段間的氣壓平衡，提供儲存的氮和氧。

4）水再生與管理分系統(tǒng)（WRM）提供飲用水和衛(wèi)生用水，廢水和尿中水的收集、再生與處理。

5）火情檢測與滅火分系統(tǒng)（FDS）主要功能為火煙檢測和滅火。

萊昂納多號永久性多功能艙

環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

（1）俄羅斯艙段

? 居住艙總壓：97.622～102.41kPa，最小93.1kPa；

? 氧分壓：19.418～23.674kPa，最大體積濃度24.8%；

? 二氧化碳分壓：0.798kPa（最大）；

? 氮氣壓力：79.8kPa；

? 空氣溫度：18～28℃；

? 空氣循環(huán)率：0.1～0.4m/s；

? 噪音水平：60dB（最大）；

? 空氣漏率：0.02千克/天；

? 相對濕度：30%～70%；

? 露點溫度：4.4～15.6℃；

? 電解制氧裝置能夠滿足3～4人/天的耗氧量，功耗約1kW；

? 水供應(yīng)系統(tǒng)為每位乘員每天提供2～5L個人衛(wèi)生用水。

（2）美國艙段

? 大氣壓力：101025Pa（21%氧氣、78%氮氣），大氣總壓范圍97.9～102.7kPa；

? 氮氣補加量不小于0.1kg/min，標準壓力517～827kPa，最大壓力不大于1379kPa；

? 氧分壓：20.7kPa＜氧分壓≤50.6kPa；

? 二氧化碳控制：濃度小于0.7%；

? 空氣溫度：18～27℃；

? 相對濕度：25%～70%；

? 露點溫度：4.6～15.5℃；

? 溫濕度控制的設(shè)計要求：熱清除能力3.5kW；通風(fēng)流量分別為194L/s（美國實驗艙內(nèi)）、142L/s（節(jié)點1號艙）、66L/s（艙之間）；溫度控制范圍為18.3～26.7℃；

? 航天員能量代謝指標：艙內(nèi)活動時期每人每天11.51×106J。

7 指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

“國際空間站”有各種計算機100多臺，主要用于收集來自站上各系統(tǒng)和有效載荷的數(shù)據(jù)，并利用各種軟件對這些數(shù)據(jù)進行處理，并將指令分配給相應(yīng)的設(shè)備。指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有3個主要功能：提供相應(yīng)的軟件和硬件計算資源，用于支持“國際空間站”核心系統(tǒng)的指揮與控制，支持“國際空間站”上的科研項目，并可為乘員和地面運營提供服務(wù)；提供指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)部的時間基準并提供給其他系統(tǒng)；還支持其他系統(tǒng)的功能。

“國際空間站”的指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由美國指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、俄羅斯站上組合體控制系統(tǒng)（OCCS）、加拿大計算機系統(tǒng)、日本數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和歐洲數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。

“國際空間站”上的俄羅斯曙光號多功能貨艙和星辰號服務(wù)艙

美國指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供站級控制軟件，用于保證站內(nèi)各部分協(xié)同工作。在整個空間站上安裝了不同類型的乘員接口計算機，空間站上所有的計算機系統(tǒng)都有警告與預(yù)警能力，各國都在其部分內(nèi)有許多數(shù)據(jù)處理計算機和數(shù)據(jù)總線。在各國計算機系統(tǒng)之間由多段數(shù)據(jù)總線進行連接，用于保證站級控制軟件、乘員接口計算機輸入、警告與預(yù)警系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)處理計算機以及相關(guān)的總線在站內(nèi)協(xié)同工作。

“國際空間站”站級控制軟件包括7種控制模式：標準、微重力、再推進、接近操作、外部操作、生存和保證乘員安全返回。乘員接口計算機有7種類型，警告與預(yù)警功能分4級。

美國指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為3層。最低的第三層是用戶層，接收傳感器或效應(yīng)器的數(shù)據(jù)；中間的第二層是局域?qū)?，使用系統(tǒng)專用軟件；最高的第一層是控制層，使用站級控制軟件。傳感器的數(shù)據(jù)自下層上傳，指令自上層下傳至效應(yīng)器。

指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的硬件主要是多路調(diào)制/解調(diào)器（MDM）、總線和載荷網(wǎng)部件?！皣H空間站”的多路調(diào)制/解調(diào)器是一個多路調(diào)制/解調(diào)器和一個計算機處理器的結(jié)合，它的主卡是80386SX。多路調(diào)制/解調(diào)器訪問的數(shù)據(jù)與指令的交換通過l553B 總線，它由兩股雙絞屏蔽的銅線組成，雖然數(shù)據(jù)傳遞的速度較慢，只有1Mbit/s，但被證明在空間非?？煽俊Ｓ行лd荷網(wǎng)部件包括載荷多路調(diào)制/解調(diào)器、載荷1553B總線、自動載荷開關(guān)、載荷以太中樞通路和附加以太光纖載荷網(wǎng)。

“國際空間站”站級計算機系統(tǒng)

俄羅斯組合體控制系統(tǒng)和美國指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算機系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是非常類似的，都可以分為3層，但俄羅斯艙段在名稱上沒有使用“層”。俄羅斯組合體控制系統(tǒng)采用自給自足、基于曙光號多功能貨艙和星辰號服務(wù)艙的體系結(jié)構(gòu)。基于艙的計算機系統(tǒng)與中心計算機連接。美國和俄羅斯系統(tǒng)都有冗余設(shè)計，俄羅斯組合體控制系統(tǒng)比美國指令與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的冗余度更高。美國和俄羅斯系統(tǒng)通過幾條1553B多段數(shù)據(jù)總線連接，互相交換系統(tǒng)健康和狀態(tài)信息、模式指令及詳細的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制數(shù)據(jù)。

8 機器人系統(tǒng)

“國際空間站”上的機器人系統(tǒng)用于空間站大型構(gòu)件的轉(zhuǎn)運與組裝，協(xié)助航天員完成空間站上的設(shè)備維護、修理和更換，支持航天員艙外活動和有效載荷的操作與管理。

“國際空間站” 的機器人系統(tǒng)包括加拿大航天局研制的“移動服務(wù)系統(tǒng)”（MSS）、日本希望號實驗艙上的“遙操作系統(tǒng)”（RMS）和歐洲航天局研制的安裝在俄羅斯艙體上的“歐洲機械臂”（ERA）和俄羅斯自行研制的機械手設(shè)備。

“移動服務(wù)系統(tǒng)”包括5個分系統(tǒng)：空間站遙操作系統(tǒng)（SSRMS）、專用靈巧機械手（SPDM）、移動基座系統(tǒng)（MDS）、移動搬運器（MT）和機器人工作站（RWS）等組成，其中后兩項為美國研制。

日本實驗艙上安裝的“遙操作系統(tǒng)”。它由主機械臂（MA）和小型精密機械臂（SFA）和控制柜組成。他們相互配合，用于實驗設(shè)備和物資的轉(zhuǎn)移和安裝、空間微重力環(huán)境的材料加工、高能輻射探測等任務(wù)。

“歐洲機械臂”主要用于“國際空間站”俄羅斯部分的部件的裝配、維修和艙外服務(wù)，并可對航天員的艙外活動提供支持。

機器人系統(tǒng)的技術(shù)指標如下。

（1）加拿大“移動服務(wù)系統(tǒng)”

空間站遙操作系統(tǒng)全長1 7.6 m，總質(zhì)量1800kg，機械臂包絡(luò)直徑350mm，7自由度，峰值功耗2kW，平均功耗435W。臂的兩端各安裝一個末端操作器。可使機械臂以任何一端附著在空間結(jié)構(gòu)上作為支撐點，工作半徑14.44m，端點位置精度45mm，空載最大移動速度37cm/s，滿載移動速度1.2cm/s，最大負載116t。轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的最小輸出力矩：1044N·m（驅(qū)動模式）；1630N·m（制動模式）。

專用靈巧機械手具有精確和靈活的操作功能，重復(fù)精度達1.25mm。高3.67m，寬（肩寬）2.37m，每個手臂長3.35m，質(zhì)量約1560kg，操縱能力600kg，定位精度0.002m，測力精度2.2N，平均運行功率1.4kW。

移動基座系統(tǒng)是空間站遙操作系統(tǒng)的基座，專用靈巧機械手在非工作狀態(tài)時也固定在基座上。移動基座系統(tǒng)安裝在移動搬運器上，依靠后者在軌道上移動。2臺機器人工作站是系統(tǒng)的控制部分，分別安裝在美國實驗艙和瞭望號觀測艙中。后者可提供航天員對機器人操作的觀察和監(jiān)視。

（2）日本“遙操作系統(tǒng)”

日本“遙操作系統(tǒng)”主機械臂長9.71m，由6個關(guān)節(jié)、3個臂、1個末端操作器、1個基座和2個視覺裝置組成，質(zhì)量375.5kg。端點力70N，端點力矩彎曲140N?m、扭轉(zhuǎn)200N?m。端點速度空載45cm/s，滿載4.5cm/s，最大負載7000kg，定位精度±50mm。它主要用于處理較大的載荷。它的頂端安裝有小型精密機械臂。小型精密機械臂由6個關(guān)節(jié)、2個臂、1個末端操作器、1個力矩傳感器和1個電視攝像裝置組成。長1.6m，質(zhì)量85.5kg。端點力30N，端點力矩彎曲與扭轉(zhuǎn)均為4.5 N?m。端點速度空載49cm/s，滿載4.9cm/s，最大負載700kg，定位精度±10mm。

（3）“歐洲機械臂”

“歐洲機械臂”總長11.3m，有效長度9.7m，質(zhì)量650kg，具有7自由度（1個軸關(guān)節(jié)和2個3自由度的腕關(guān)節(jié)）的對稱結(jié)構(gòu)。兩端各有一個末端操作器，一個用于固定在空間站結(jié)構(gòu)上，起支撐作用；另一個用于機械操作。也可利用兩者，實現(xiàn)在空間站上的移動。

安裝在“國際空間站”上的專用靈巧機械手機器人

“歐洲機械臂”

9 飛行乘員系統(tǒng)

飛行乘員系統(tǒng)是一個廣泛分布的系統(tǒng)，用于在任務(wù)期間支持乘員健康和保證乘員的工作。功能包括：①支持乘員健康保持和對抗長期微重力失調(diào)效應(yīng)；②人類生理心理因素、居住條件和乘員膳宿；③保障日常和緊急情況的供應(yīng)；④“國際空間站”站務(wù)管理和維護；⑤乘員個人和任務(wù)支持設(shè)備。

（1）乘員支持設(shè)施

? 廚房和食物系統(tǒng)：滿足乘員的基本營養(yǎng)和生物醫(yī)學(xué)需要，并提供乘員間交流和社交活動的機會；

? 乘員居住單元：為乘員提供睡眠、換衣服、裝私人物品，以及在不執(zhí)行任務(wù)時消磨私人時光的私人空間；

? 廢物收集間和個人衛(wèi)生設(shè)施：包括座便器/小便池、乘員的個人衛(wèi)生（洗漱、刮臉、口腔衛(wèi)生等）設(shè)施。

（2）乘員支持設(shè)備和供應(yīng)

? 限位器和移動輔助裝置：使乘員能夠被舒適的限制和穩(wěn)定在工作位置上，保持在微重力條件下的自然姿態(tài)和移動自由；

? 乘員工作和個人用品：包括乘員完成每日計劃工作任務(wù)和非工作時間的用品，包括衣物、照相機、工具（如計算器、鉛筆）、休閑設(shè)備（如小型碟片、書籍、磁帶）、乘員私人衛(wèi)生用品、私人輻射劑量儀，以及乘員私人物品（如家人相片、日記本）；

? 便攜式緊急狀況供應(yīng)品：在緊急情況（如火災(zāi)、艙內(nèi)氣壓下降）或撤退或補給飛行失效的情況下，為支持乘員而專門提供的；

? 在軌維修、工具和診斷設(shè)備：幫助乘員診斷問題、維修和測試“國際空間站”設(shè)備；

? 站務(wù)管理和垃圾管理：用于乘員在艙內(nèi)進行日常清潔（如清洗過濾器）和干濕垃圾處理；

? 貨物運送、堆積和庫存管理；

? 照明；

? 識別標記和標牌。

（3）乘員衛(wèi)生保健系統(tǒng)

提供保障長期載人飛行過程中航天員健康和安全性所必需的醫(yī)療和環(huán)境能力。包括3個分系統(tǒng)：

? 對抗系統(tǒng)（CMS）：保護乘員的心血管、肌肉和骨骼由于長期在微重力環(huán)境中引發(fā)的失調(diào)；

? 環(huán)境衛(wèi)生系統(tǒng)（EHS）：監(jiān)測氣體污染、微生物污染、水質(zhì)、噪音和輻射水平等；

? 健康支持系統(tǒng)（HMS）：為乘員提供預(yù)防、診斷和治療，并能在需要時支持病人的運送。

10 有效載荷系統(tǒng)

“國際空間站”的目的是提供在太空開展科學(xué)研究的永久性平臺?！皣H空間站”開展研究的優(yōu)勢在于微重力環(huán)境、近地軌道的有利位置以及可以開展較長時間的實驗?！皣H空間站”科學(xué)研究領(lǐng)域包括生命科學(xué)、微重力科學(xué)、空間科學(xué)、商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)和工程研究與技術(shù)。

日本希望號實驗艙

“國際空間站”上共有4個實驗艙、33個國際標準有效載荷機柜（ISPR）可用于安裝有效載荷，進行科學(xué)研究與實驗。

“國際空間站”中的內(nèi)部載荷多安置在國際標準有效載荷機柜上。每個國際標準有效載荷機柜尺寸為2m×1.05m×0.859m，可以提供1.571 m3內(nèi)部空間。每個機柜自質(zhì)量104kg，可承載700kg的有效載荷?！翱燔嚒保‥XPRESS）機柜是標準多功能載荷機柜，可提供結(jié)構(gòu)接口、動力、數(shù)據(jù)、冷卻、水和其他科學(xué)實驗必需的條件。

有效載荷系統(tǒng)構(gòu)成如下：

? 美國命運號實驗艙；

? 設(shè)施級有效載荷（長期或永久的有效載荷）：包括“快車”機柜系統(tǒng)、先進人員支持技術(shù)（AHST）、人體研究設(shè)施（HRF）、－80℃實驗室制冷器（MELFI）、材料科學(xué)研究設(shè)施、微重力科學(xué)手套、流體與燃燒設(shè)施、X射線晶體學(xué)設(shè)施、生物工藝學(xué)設(shè)施；

? 位于桁架或暴露設(shè)施上有效載荷：S3桁架段上4個位置，P3桁架段上2個位置，日本實驗艙暴露設(shè)施上10個位置；

? 日本希望號實驗艙；

? 歐洲哥倫布號實驗艙；

? 俄羅斯探索號迷你研究艙－2。

向有效載荷提供的在軌資源