10月31日，长征五号B遥四运载火箭在文昌航天发射中心成功将梦天实验室舱发射至预定轨道。记者从中国航天科技集团五院获悉，为保证空间站在轨运行和航天员安全，梦天实验室舱在发射前必须在地面环境模拟舱内接受一次“大考验”——真空热试验。此外，在发射过程中，梦天实验室舱还将接受严酷的振动、噪声环境考验。
为攻克三大“大考验”，中国航天科技集团五院总装与环境工程部建造了世界体积第三大空间环境模拟器KM8、世界推力最大140吨电动振动台、世界体积第二大的4000立方米高强度混响室，在地面有效重现梦天实验室舱发射过程中的环境。
测试一：真空热测试
天和核心舱、问天实验室舱、梦天实验室舱身高体大，大型空间环境模拟设备KM6、KM7、KM7A等空间环境模拟器体型不够大。为满足以空间站项目为代表的大型航天器总装、集成和测试需要，中国航天科技集团五院总装与环境工程部在天津AIT中心建造了全球体积第三大的空间环境模拟器KM8。
据悉，KM8拥有自主知识产权，设计直径17米，高度32米，不仅体量大，很多设计理念也是国内外首创。2022年6月，在试验团队的操作下，KM8有效再现了太空环境。
中国空间站运行在距地面约400公里的轨道上，将长期处于高真空、寒冷、黑暗的环境中。为了在巨大的容积内有效模拟太空高真空环境，KM8真空系统配备了30多台真空泵，确保容器内6000多立方米空间的真空度符合要求。
为了模拟出冰冷漆黑的空间，KM8内壁安装了一个近2200平方米的可充气、充满液体的密封“内壳”——散热片。散热片内通入液氮持续降温，模拟“冰冷”；同时在散热片表面刷上一层吸收率极高的黑色油漆，模拟“漆黑”。KM8拥有强大的低温系统，维持散热片内液氮的长期稳定循环，确保近2200平方米散热片表面平均温度指数低于-180℃。
空间站在轨飞行过程中，由于缺乏大气层的保护，空间站舱体表面处于阳光与阴影交替的状态。在阳光直射下，空间站表面温度最高可达150℃，背对太阳的一侧，温度最低可达-100℃。为了真实模拟“冷热交替”的环境考验，试验团队通过严谨的热仿真分析，为梦天实验舱定制了一套特殊的“外衣”，即红外加热笼。
红外加热笼是一种利用电阻作为辐射源的红外模拟器，通过控制外加电流改变电阻的温度，实现“外衣”温度的交替变化。蒙天实验舱体积庞大、形状复杂，表面凸出结构多，为了在KM8集装箱狭小的工作空间内，用最短的时间完成近百只红外笼的吊装，就像是在山洞里给“刺猬”穿衣，还必须保证不与“刺猬”的身体接触。
未来在轨运行过程中，航天员需要多次出舱执行任务，同时空间站时刻面临太空微陨石、空间碎片撞击的威胁，因此梦天实验室舱体压力维持系统必须能够在规定时间内有效维持空间站内部压力状态。KM8通过自身压力控制系统模拟舱体压力异常变化，提前在地面对梦天实验室舱体进行严格测试，保障航天员生命安全。
测试 2：振动
空间站舱在地面振动环境评估时所需最大推力约120吨，而此前国际上最大单体激振器推力只能达到35吨。中国航天科技集团五院研发团队在现有能力和技术指标的基础上钢结构大门设计，经过深入讨论，确定了4台激振器并联工作的基本方案，就像在振动台上装了四只手，通过相互配合，实现最大推力140吨。
力学试验人员把这台140吨级电动振动台叫做“动迪”，“动迪”的“手劲”已经可以满足技术要求。为了精准控制四只“手”同步并行施力，避免效果相互抵消，研发团队给它装上了足够聪明的“大脑”，通过差异化的一次振幅相位同步补偿技术，有效保证了四台激振器“同向发力”。
此外，为了将振子推力有效传递至空间站舱，放置航天器的台面需要重量轻、基频高。针对台面刚度、质量、尺寸相互制约的问题，研发团队“在缝隙中”找到了解决问题的办法，提出了网格状封闭式扩展台面配置、分区优化设计等方法，成功研制出国内最大单体镁铝合金台面，确保模拟效果尽可能贴近实际发射环境。
测试 3：噪音
长征五号运载火箭，绰号“胖五”，采用新型大推力火箭发动机，发射时产生的噪音高于其他火箭，其高音部分（4000~10000Hz）特别响亮清晰（声压级为其他火箭的4倍）。受高音影响，空间站如何保证结构和功能完好？
据悉，由中国航天科技集团五院总装与环境工程部自主研制的“惊天”4000立方米高强度混响室，有效空间长14.5米、宽11.5米、高24米，容积是目前国内最大混响室的两倍，专门用于考核大型航天器抵御高强度噪声环境的能力。
要模仿起飞的声音，必须学会“腔调”，控制“声音”。此前，国内外均未出现符合“腔调”和“声音”要求的声源，这让“演出”难度极大。于是，研发团队提出了20位“歌手”参与的设计方案，在混响室的墙壁上布置了不同频率的扬声器。研发过程中，团队成员不仅严格把关每只扬声器的音质表现，还为整个“合唱团”精心分配部件、安排位置，实现了最大声压级达158分贝的混响声场。
此外，一支优秀的合唱团离不开专业的指挥——噪声测试控制系统。研发团队对声源的发声机理进行了深入研究，揭示了声源输出规律以及气源压力、驱动电流、控制频带宽等参数。通过该系统实现了对测试声场的全频段、长期精准稳定的控制。
4000立方米混响室门宽10米、高24米、厚0.7米，确保蒙天实验舱等大型航天器的轻松进出。若采用传统钢筋混凝土隔音门工艺，整个门的重量将超过600吨，给地基处理和门体施工带来巨大的困难和成本投入。为此，团队大胆创新，采用了具有完全知识产权的混响室钢结构门专利，通过优化设计钢结构大门设计，门重降低至180吨。结合外置轻型卷帘门双层结构，系统隔声量保证超过70分贝，不会影响混响室附近工作区域员工的身心健康。
新京报记者 张建林
白爽主编、陆茜校对
