范嵬娜

（北京空間科技信息研究所，北京 100086）

1 引言

“國際空間站”（ISS）是有史以來規(guī)模最大的國際航天合作計劃，是美國、俄羅斯聯(lián)合日本、加拿大、巴西和歐洲航天局（法國、德國、意大利、英國、比利時、丹麥、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）共同建造和運行的大型空間設(shè)施。ISS集中了世界主要航天大國各種先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)力量，其復(fù)雜性和技術(shù)先進(jìn)性是以往任何航天器都無法比擬的。作為目前世界上唯一在軌的空間站，ISS已運行13年，并基本建造完成，形成了一定的技術(shù)體系，獲得了大量的經(jīng)驗。本文在調(diào)研大量資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)了ISS系統(tǒng)設(shè)計、維護(hù)和發(fā)展方面的特點，給出了中國發(fā)展空間站的幾點啟示與建議，希望為中國載人空間站的發(fā)展提供借鑒。

2 ISS總體設(shè)計概述

ISS是有史以來規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的載人軌道設(shè)施，其總體設(shè)計選擇了桁架掛艙式結(jié)構(gòu)，即以桁架為基本結(jié)構(gòu)，增壓艙和其他各種服務(wù)設(shè)施掛靠在桁架上。這種空間站結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：長桁架提供了較寬闊的設(shè)備安裝區(qū)，為安裝各種分系統(tǒng)提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；由于桁架在運行中垂直于軌道面，因此各種觀測設(shè)備可不受阻擋地同時觀測；較寬的桁架結(jié)構(gòu)還非常有利于大面積的太陽電池翼的安裝，從而為ISS提供充足的電能。

從宏觀上看，ISS由兩部分構(gòu)成：第一部分是加壓艙部分，它以俄羅斯的曙光號多功能艙（FGB）為中心，還包括俄羅斯服務(wù)艙、研究艙，美國實驗艙、節(jié)點艙，日本希望號實驗艙及歐洲哥倫布號實驗艙；第二部分是服務(wù)設(shè)施部分，包括美國的中心桁架、裝在桁架上的4對太陽電池翼、加拿大遙控機械臂系統(tǒng)，以及艙外儀器設(shè)施。

ISS系統(tǒng)復(fù)雜，由電源系統(tǒng)（EPS）、熱控系統(tǒng)（TCS）、通信＆跟蹤系統(tǒng)（C＆TS）、制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（GN＆C）、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)系統(tǒng)（S＆M）、環(huán)控和生保系統(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）等10多個系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)為航天員在站上進(jìn)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［1-2］。目前，ISS已實現(xiàn)6人駐站的目標(biāo)，美國段基本組裝完成，按照計劃，俄羅斯段也將于2013年夏季完成建造。圖1為ISS結(jié)構(gòu)圖。

圖1 ISS結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of ISS

3 ISS系統(tǒng)設(shè)計和建造分析

3.1 注重采用成熟技術(shù)［3］

ISS在技術(shù)選擇上相當(dāng)保守，大部分系統(tǒng)選擇已在和平號（Mir）空間站、航天飛機、“天空實驗室”（Skylab）上得到驗證的系統(tǒng)，或者為自由號（Freedom）空間站研制試驗的系統(tǒng)，以減少進(jìn)度和成本上的風(fēng)險。如果空間站采用大量新技術(shù)，那么在研制過程中就需要進(jìn)行大量技術(shù)驗證，即使在地面已經(jīng)被驗證，但在軌道上受微重力、空間輻射以及人為因素影響仍不確定，可能達(dá)不到理想的壽命和精度，這樣進(jìn)度和成本就難以控制，因此ISS上許多系統(tǒng)未采用原計劃使用的先進(jìn)技術(shù)。例如：ISS電源系統(tǒng)原計劃使用太陽動力電源系統(tǒng)，與光伏電源系統(tǒng)相比，前者的效率要高得多，但由于預(yù)先研制和驗證的成本非常高，且光伏電池的可靠性早已得到驗證，后來還是取消了太陽動力系統(tǒng)，保守地使用了光伏電池系統(tǒng)。其他放棄使用的先進(jìn)技術(shù)，還包括氣態(tài)H2／O2推進(jìn)劑、電離子發(fā)動機和環(huán)控生保閉環(huán)氧氣系統(tǒng)等。

3.2 重視系統(tǒng)冗余設(shè)計［1-2］

ISS 美國段和俄羅斯段都具有各自獨立的系統(tǒng)，在功能上可以互相補充，在可靠性方面互為備份。美國段和俄羅斯段在各自系統(tǒng)的具體設(shè)計上也非常重視冗余設(shè)計。例如：美國段一次電源分系統(tǒng)包括4個光伏電池模塊（PVM）和8 個電源通路。每個光伏電池模塊包括兩副太陽電池翼，提供兩條獨立的通路傳輸一次電源產(chǎn)生的電能，每條通路都提供持續(xù)的電源供給。這種雙通路的電源系統(tǒng)提供了備份，盡量減少了線路損壞、硬件降級和太陽電池翼老化等對傳輸電能的影響。

3.3 眾多系統(tǒng)故障暴露出技術(shù)薄弱性

ISS自1998年開始建造以來，在13年的建造歷程中，各個系統(tǒng)都出現(xiàn)過眾多大大小小的故障，暴露出一些技術(shù)風(fēng)險和薄弱性。表1列舉了其中一些技術(shù)薄弱性，并給出了對未來系統(tǒng)的相關(guān)建議，希望對中國空間站的系統(tǒng)建造有所啟示。

表1 ISS系統(tǒng)關(guān)鍵部件技術(shù)薄弱性示例及對未來系統(tǒng)建議［3-6］Table 1 ISS key parts weakness examples and suggestions for future systems

續(xù)表1

3.4 機器人系統(tǒng)自動化水平有待提高

ISS的復(fù)雜性及龐大的結(jié)構(gòu)，加上空間站系統(tǒng)數(shù)量多、航天員數(shù)量有限，要求ISS具備很高的自動化水平。目前，ISS主要通過航天員出艙活動進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)維修，工作量大，占用了航天員大量的艙外活動時間。在這些維修工作中，機器人系統(tǒng)起到了很大的作用，但目前機器人系統(tǒng)的自動化水平還不足以替代人來執(zhí)行艙外活動。因此，ISS 參與國越來越重視靈巧機械臂的開發(fā)和應(yīng)用，希望機器人系統(tǒng)在站上設(shè)備維護(hù)維修工作中發(fā)揮更大的作用，以減少航天員的工作量。

2011年2月，由航天飛機運送到ISS上的機器人航天員-2（R2，見圖2），是由NASA 和通用汽車公司共同研發(fā)制造的。它更智能、更敏捷、更先進(jìn)，能夠像人一樣使用工具，且能和諧地與人協(xié)同工作，用手完成工作的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于此前的人形機械。機器人航天員-2能夠在ISS艙內(nèi)移動，主要進(jìn)行站內(nèi)清理維修工作，如用真空吸塵器打掃和清洗過濾器等。NASA還計劃改進(jìn)它，使其能夠進(jìn)行艙外活動，幫助航天員承擔(dān)艙外維修工作。

圖2 NASA R2機器人Fig.2 NASA R2robot

3.5 ISS延壽面臨諸多挑戰(zhàn)［7-8］

ISS自1998年開始組建以來，原計劃在5年內(nèi)完成建造。由于受經(jīng)費投入不足和部件研制滯后，以及哥倫比亞號航天飛機失事的影響，ISS 最終在2011年才基本建成。按照目前的計劃，ISS將延壽到2020年以后。ISS延壽可以帶來許多好處，使美國及其合作伙伴的ISS 用戶皆大歡喜。然而，ISS延壽在技術(shù)上將帶來許多具有挑戰(zhàn)性的問題。技術(shù)上的挑戰(zhàn)包括備用件的運輸、對ISS組件進(jìn)行重新認(rèn)證等。

ISS拖長的建設(shè)工期，導(dǎo)致較早入軌的艙段設(shè)備老化問題日益突出。ISS大部分硬件的認(rèn)證運行壽命為15年，有小部分元器件當(dāng)初是為自由號空間站設(shè)計的，運行壽命設(shè)計為30年。ISS元器件的壽命將從2013年開始逐漸到期，首先到期的是曙光號功能艙和團(tuán)結(jié)號節(jié)點艙。2015 財年，星辰號服務(wù)艙、Z1桁架、密封對接適配器-1以及P6桁架壽命都將到期，這就需要美國和俄羅斯對各自部件的壽命開展重新認(rèn)證工作。

ISS有些部件只能在軌更換，不能在軌維修，而且其中大型部件只能由航天飛機運送。航天飛機退役前，如果ISS大型部件出現(xiàn)故障，可以運回地球修理；航天飛機退役后，就不能再采用這種故障維修模式，只能是購買新的部件，然后再運送至ISS。在航天飛機退役之前，NASA 已經(jīng)向ISS運送了一些備件，其中包括只能由航天飛機運送的幾個體積比較大的部件。而備用件的數(shù)量非常有限，且占用空間站有限資源，有些備用件（如電池組件）有一定的保存期限，在儲存過程中需要主動維護(hù)。因此，航天飛機的退役對延長ISS的運行構(gòu)成了不小的影響。

3.6 空間碎片對ISS危害大

隨著航天活動的增加，人造空間碎片的數(shù)量也在急劇上升，ISS體積大，系統(tǒng)和設(shè)備多，很容易受到人造空間碎片和微流星體的撞擊。2011年6月28日，站上航天員觀察到有一不明物體飛向ISS，相對速度29km／h，距離ISS只有335m，站上6名航天員馬上進(jìn)入聯(lián)盟號飛船并關(guān)上艙門，準(zhǔn)備脫離ISS，后因警報解除，脫離操作取消，這種情況已經(jīng)發(fā)生了好幾次。過去十幾年里，ISS的系統(tǒng)和設(shè)備發(fā)生的許多故障，如2002年的控制力矩陀螺故障、2007年的太陽電池翼破損，都是由空間碎片撞擊引起的。這些故障對系統(tǒng)性能影響大，同時也大量增加了航天員用于系統(tǒng)維修的艙外活動時間。因此，在空間站結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮防護(hù)措施，同時要改進(jìn)導(dǎo)航系統(tǒng)對空間碎片的跟蹤能力，在系統(tǒng)性能設(shè)計上，還要考慮長期由于空間碎片影響導(dǎo)致的系統(tǒng)性能降級問題。

3.7 規(guī)劃中的許多先進(jìn)技術(shù)并未應(yīng)用［9］

NASA 認(rèn)為，ISS在其運行期間必須不斷發(fā)展，以應(yīng)對不斷變化的客戶需求，并達(dá)到國家及國際合作伙伴的長期目標(biāo)。隨著科技的發(fā)展和用戶需求的變化，需要調(diào)整ISS來滿足這些需求。ISS 1998年開始建造時，NASA 就制定了“預(yù)規(guī)劃項目改進(jìn)”（P3I）計劃，該計劃技術(shù)工作組多由來自NASA 中心的技術(shù)專家組成。其主要目的是計劃并實施ISS項目的改進(jìn)工作，以實現(xiàn)下列目標(biāo)：①提高研究效率和能力；②增加可靠性、可維護(hù)性及可持續(xù)性；③改進(jìn)操作能力并降低成本；④支持參與機構(gòu)的戰(zhàn)略目標(biāo)。該計劃包括飛輪儲能技術(shù)、高級通信塔、可充氣式轉(zhuǎn)移居住艙等10余項ISS技術(shù)改進(jìn)計劃。以下簡要介紹其中3項技術(shù)改進(jìn)計劃。

1）飛輪儲能技術(shù)

飛輪儲能系統(tǒng)是一種太陽能驅(qū)動的電動機，主要功能是利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，在日照期間把太陽電池翼提供的電能轉(zhuǎn)化為動能，實現(xiàn)能量存儲；在陰影區(qū)時將動能轉(zhuǎn)化為電能，為星載設(shè)備提供能源，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蓄電池，并在儲能或放能的同時完成航天器的姿態(tài)控制任務(wù)。與蓄電池相比，飛輪儲能系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：①能量密度遠(yuǎn)高于蓄電池；②容易測量放電深度，充電時間短；③無過充電、過放電問題；④使用壽命長；⑤對環(huán)境適應(yīng)性強，不需保溫，可靠性高。

2）高級通信塔

ISS高級通信塔（ACT）采用先進(jìn)的通信概念，包括在約21.34m 長的可展開桅桿結(jié)構(gòu)上，安裝一套Ka 頻段相控陣天線，原計劃安裝在離心艙（CAM）頂部（離心艙計劃已取消）。高級通信塔可提供先進(jìn)的通信能力，目標(biāo)是在先進(jìn)跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或者商業(yè)通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的幫助下，提供將近100%的通信覆蓋率。為滿足有效載荷試驗數(shù)據(jù)實時返回的要求，高級通信塔具備向有效載荷提供更高的寬帶遙測數(shù)據(jù)率（＞100 Mbit／s）的能力。

3）可充氣式轉(zhuǎn)移居住艙

可充氣式轉(zhuǎn)移居住艙（TransHab）為充氣艙體結(jié)構(gòu)，以收縮式構(gòu)型發(fā)射，一旦展開就能大幅度擴充ISS的容積。它也可以增加空間來測試額外的先進(jìn)生保等技術(shù)。發(fā)射時，所有要用到的儀器設(shè)備都提前裝入艙內(nèi)，整個艙體呈收縮狀態(tài)裝入運輸器的貨艙內(nèi)，待入軌后，艙體像氣球一樣充氣展開，展開后艙體的容積大，而質(zhì)量卻輕得多。2006年7月12日，首個可充氣式試驗航天器起源-1（Genesis-1）由俄羅斯“第聶伯”火箭發(fā)射，并在太空成功展開，還向地面發(fā)回了多張圖片。它就是由美國私營企業(yè)比格羅（Bigelow）公司在NASA 的可充氣式轉(zhuǎn)移居住艙的技術(shù)成果基礎(chǔ)上建造的。

以上這些項目雖不屬于ISS 基線設(shè)計，但在ISS開始建造時，被確定為具有很高優(yōu)先級的改進(jìn)項目，有些已通過工程研究與技術(shù)計劃（ER＆T）審批，是計劃在ISS建造過程中或建造完成之后增建的項目。但由于計劃變動、經(jīng)費、進(jìn)度等種種原因，這些項目還未在ISS上實現(xiàn)，但是相關(guān)項目的研究工作已取得一定的進(jìn)展。在設(shè)計空間站時可以考慮采納其中一些先進(jìn)技術(shù)，以提高系統(tǒng)的運行效率，并降低成本。

4 啟示與建議

本文以前面分析的ISS系統(tǒng)設(shè)計特點為基礎(chǔ)，提出了以下幾點啟示與建議，希望為中國空間站工程提供參考。

4.1 借鑒國外協(xié)力合作系統(tǒng)設(shè)計先進(jìn)經(jīng)驗實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計［10］

ISS協(xié)力合作系統(tǒng)設(shè)計指各個系統(tǒng)的結(jié)合或部分合并，這樣，除了實現(xiàn)各系統(tǒng)所應(yīng)具有的功能（如電力供應(yīng)等）外，還可實現(xiàn)更高的目標(biāo)。協(xié)力合作系統(tǒng)設(shè)計代表一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計的新方法，而傳統(tǒng)的設(shè)計是將主要任務(wù)分解為若干子任務(wù)，再對各項子任務(wù)各自進(jìn)行優(yōu)化。

協(xié)力合作系統(tǒng)設(shè)計具有以下優(yōu)點：①通過增加冗余度提高可靠性；②實現(xiàn)更全面的系統(tǒng)安全性；③運行更具靈活性；④簡化后勤保障（即減少供給物資的品種）；⑤降低系統(tǒng)復(fù)雜性；⑥建造支出費用減少。在協(xié)力合作設(shè)計中，主要目標(biāo)是減小質(zhì)量，尤其是再供給質(zhì)量，以及增強安全性、可靠性和操作靈活性。

空間站可能的系統(tǒng)結(jié)合示例如下。

（1）電源系統(tǒng)?熱控系統(tǒng)：從廢熱中提取熱能；

（2）電源系統(tǒng)?姿態(tài)控制系統(tǒng)：再生燃料電池（RFC）中電解的H2／O2作為推進(jìn)劑；

（3）電源系統(tǒng)?軌道控制系統(tǒng)：反作用控制系統(tǒng)（RCS）推進(jìn)劑箱的H2／O2用于燃料電池；

（4）電源系統(tǒng)?生保系統(tǒng)：再生燃料電池的殘留污染物過濾器用于水處理；

（5）熱控系統(tǒng)?結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：外部結(jié)構(gòu)表面充當(dāng)散熱器；

（6）姿態(tài)控制系統(tǒng)?軌道控制系統(tǒng)：發(fā)動機、貯箱與推進(jìn)劑共用；

（7）姿態(tài)控制系統(tǒng)?結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：設(shè)計空間站配置以達(dá)到重力梯度穩(wěn)定；

（8）姿態(tài)控制系統(tǒng)?生保系統(tǒng)：肼可以供應(yīng)N2；

（9）軌道控制系統(tǒng)?生保系統(tǒng)：廢物可用于電阻或電弧火箭的推進(jìn)劑。

協(xié)力合作系統(tǒng)設(shè)計的特點在于，有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的重大決策應(yīng)在最開始就制訂，因此協(xié)力合作必須早在方案設(shè)計階段就加以考慮。中國在建造空間站時，可以考慮采納這種先進(jìn)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，以達(dá)到減小質(zhì)量、降低成本的目的。

4.2 要把安全性放在首位，采用科學(xué)的評估方法

在世界載人航天史上，在安全性事故上有很多慘痛的教訓(xùn)。美國挑戰(zhàn)者號和哥倫比亞號航天飛機事故，使14名航天員全部遇難。載人航天的高風(fēng)險性決定了其安全的重要性，安全性必須放在首位。安全性風(fēng)險評估是載人航天安全性工程中的一項重要內(nèi)容，中國開展空間站工程的安全性評估，可借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗，采用科學(xué)的評估方法——概率風(fēng)險評估（PRA）。

ISS項目從1999年開始執(zhí)行ISS 概率風(fēng)險評估。該方法是定性、定量相結(jié)合，以定量為主的安全性分析方法，是對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行定量風(fēng)險評估的一種重要工具。應(yīng)用概率風(fēng)險評估方法，可以使安全工程師對復(fù)雜系統(tǒng)的特性有全面、深刻的了解，有助于找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的安全性；并可以在概率的意義上區(qū)分各種不同因素對風(fēng)險影響的重要程度，為風(fēng)險決策提供有價值的定量信息。

4.3 需權(quán)衡技術(shù)的繼承性和先進(jìn)性，科學(xué)運用技術(shù)成熟度評估方法［3］

載人航天系統(tǒng)要保證高安全性和高可靠性，需要有成熟完善的技術(shù)來支撐。如前文所述，ISS大部分系統(tǒng)選擇成熟技術(shù)，以減少進(jìn)度和成本上的風(fēng)險。為保證在規(guī)定的時間和限定的經(jīng)費內(nèi)完成研制任務(wù)，要處理好技術(shù)繼承與技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)系，要充分采用成熟技術(shù)，降低技術(shù)風(fēng)險，提高可靠性；同時，也要積極采用大量新技術(shù)，預(yù)先評估相關(guān)先進(jìn)技術(shù)（如飛輪儲能技術(shù)等）在空間站上應(yīng)用的可行性，重視技術(shù)開發(fā)驗證，以提高空間站的運行效率，降低成本。

所有規(guī)模大、周期跨度長的航天項目，在技術(shù)開發(fā)過程中都有一個關(guān)鍵問題，就是技術(shù)成熟度（TRL）的選擇。技術(shù)成熟度的最佳選擇，是要在系統(tǒng)開始研制時為該系統(tǒng)選擇的技術(shù)正好成熟，即達(dá)到技術(shù)成熟度9級。對于大多數(shù)主要的航天計劃，在開始研制之前的3～4年，應(yīng)該選擇達(dá)到技術(shù)成熟度6級或7級的技術(shù)?？臻g站研制和運行周期都比較長，技術(shù)成熟度的選擇尤為關(guān)鍵，最佳的選擇原則是，既能提供長期在軌服務(wù)，又不會由于研制拖延導(dǎo)致進(jìn)度或成本的風(fēng)險。

中國在開展空間站設(shè)計時，可以借鑒NASA 技術(shù)成熟度的方法，按照空間站規(guī)模大、系統(tǒng)復(fù)雜、各級產(chǎn)品數(shù)量多的特點和實際，規(guī)劃出空間站產(chǎn)品成熟度的評估及管理方法，制定合理的工程技術(shù)發(fā)展路線圖，保證空間站工程科學(xué)可持續(xù)發(fā)展。

4.4 要考慮空間站未來可能的延壽問題

從前文的分析可以看出，ISS 延壽面臨諸多問題。目前，中國在進(jìn)行空間站技術(shù)論證工作，應(yīng)認(rèn)真考慮未來空間站壽命可能延長的問題，借鑒ISS的經(jīng)驗教訓(xùn)，為空間站可能的延壽做好技術(shù)上和方案上的預(yù)案，同時提高元器件的可靠性、壽命以及在軌可維修性，并重視空間機器人系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用。

4.5 對空間站系統(tǒng)和設(shè)備的建議

上文提出了空間站系統(tǒng)設(shè)計方法、安全性和技術(shù)評估方法，以及空間站延壽方面的建議，下面主要針對空間站系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計方面，提出幾點具體建議。

1）應(yīng)具有可維修性

空間站上的系統(tǒng)與設(shè)備需要長期運轉(zhuǎn)，在此期間發(fā)生故障不可避免，且發(fā)生頻率不會太低，不能一出故障就更換備用件。ISS 的實踐證明，增加設(shè)備的可維修性，培訓(xùn)航天員掌握一定的維修技能是非常重要的［11］。在空間站設(shè)計時要注重可維修性，同時要在空間站關(guān)鍵部件周邊安裝敏感器和視頻監(jiān)控器，以便盡早發(fā)現(xiàn)問題，制定適當(dāng)?shù)木S護(hù)維修方案，預(yù)防或解決故障的發(fā)生。

2）重視系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性

空間站上發(fā)生故障的頻率較高，ISS 航天員大部分艙外活動時間都用在設(shè)備的維護(hù)維修工作上。而每次艙外活動的時間很有限，且要用數(shù)小時來做準(zhǔn)備工作。為了減少航天員出艙活動時間，應(yīng)把重點放在提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性上，在研制長壽命部件方面進(jìn)行攻關(guān)。

3）采用模塊化和冗余設(shè)計

空間站系統(tǒng)和設(shè)備在設(shè)計時，要考慮采用模塊化和冗余設(shè)計。采用模塊化設(shè)計的系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)，開發(fā)周期短，而且成本低。ISS上使用的加拿大機械臂-2、反作用控制系統(tǒng)等許多系統(tǒng)與設(shè)備都采用模塊化設(shè)計，以便在軌維修和更換。在具有一定可靠性水平的元器件基礎(chǔ)上，采用冗余技術(shù)是提高系統(tǒng)可靠性的有效措施。

4）重視空間機器人系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

空間機器人在空間站建造和應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用，它可以協(xié)助或替代航天員來完成空間操作，如一些大型安裝部件和艙段的搬運和組裝、各構(gòu)件之間的連接緊固、有毒或危險品的處理等。ISS 的維護(hù)維修工作繁重，目前主要靠航天員艙外活動來完成，機器人只能起到輔助作用，因此在ISS上越來越注重提高機器人系統(tǒng)的靈巧性與自動化水平，希望未來機器人系統(tǒng)能代替航天員做更多的工作。在中國的空間站設(shè)計中，也應(yīng)高度重視空間機器人的開發(fā)，重視人機聯(lián)合操作。

（References）

［1］Catherine A J.International Space Station evolution data book volume I.baseline design，NASA／SP-2000-6109／VOL1／REV1［R］.Washington：NASA，2000

［2］Lyndon B.International Space Station familiarization，NASA TD9702A［R］.Washington：NASA，1998

［3］Bill S，Joe B，John B.International Space Station systems engineering case study，ADA538763［R］.Washington：Air Force Center for Systems Engineering，2010

［4］Timothy W G.The International Space Station：systems＆science，20100018503［R］.Washington：NASA，2010

［5］Brewster H S.International Space Station：its history，challenges，and successes，AIAA2003-0002［R］.Washington：AIAA，2003

［6］Joseph N P，Peter M.Space exploration and astronaut safety［M］.Washington：AIAA，2006

［7］Matthew J H，Robert J K，Austin S L.International Space Station life extension［R］.Illinois：The Aerospace Corporation，2008

［8］Norman R A.Seeking a human spaceflight program worthy of a great nation［EB／OL］.［2011-12-23］.http：／／www.nasa.gov／pdf／396093main＿HSF＿Cmte FinalReport.＿pdf.2009

［9］Catherine A J.International Space Station evolution data book volume II.evolution concepts，NASA／SP-2000-6109／VOL2／REV1［R］.Washington：NASA，2000

［10］Ernst M，Reinhold B.Space stations systems and utilization［M］.Berlin：Springer，1999

［11］朱毅麟.“國際空間站”建造十年經(jīng)驗初探［J］.航天器工程，2010，19（1）：51-59 Zhu Yilin.Lessons learned from ten-year construction of International Space Station［J］.Spacecraft Engineering，2010，19（1）：51-59（in Chinese）