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7分钟的完美对接 16年的拼搏奋斗:中国空间交会对接机构的研制过程

2011-07-13张建松

太空探索 2011年12期
关键词:航天技术八号试验台

□ 新华社记者 张建松

11月14日,神舟八号飞船与天宫一号第二次对接成功。这是北京航天飞行控制中心内的画面

浩瀚苍穹,璀璨群星,共同见证了神舟八号和天宫一号在太空的精彩对接。北京时间11月3日1时28分,神舟八号上的对接环触到天宫一号对接机构;1时36分,两个航天器成功对接。

为了这7分多钟的完美一瞬,各研制单位参与奋斗了16年之久。

精密复杂的对接机构

空间交会对接是载人航天最光辉的技术亮点。没有两个飞行器之间的对接,人类就无法长期在太空进行活动。

1994年,我国开始启动对接机构预研工作,决定瞄准国际先进水平,采用“导向板内翻式的异体同构周边式构型”,以实现对接机构研制的跨越式发展。上海航天技术研究院研制队伍从1995年开始对接技术原理研究。

两个航天器在绕地轨道上飞行速度达每秒7.9千米,进入行星轨道速度更高,在太空中处于失重、真空状态,在高低温的环境下,还有强烈的辐射和宇宙射线侵入。因此,要让这两个“庞然大物”在太空对接起来绝非易事,许多问题都是我国航天界以前从未遇到过的。

研制团队列出了对接机构四大关键技术:系统集成技术、动力学仿真技术、关键单机研制技术和地面试验技术。遵循对接动力学研究、参数设计、动力学仿真、机构设计和试验齐头并进、不断循环迭代的研究思路,贯彻系统工程研究思想进行产品研制。

经过不懈努力、刻苦攻关,对接机构的第一台原理样机于1999年成功问世。为了使样机达到空间对接任务所要求的性能指标,必须对所有关键零部件的性能进行研究,这些零部件包括主驱动组合、差动组合、捕获锁、对接锁、摩擦制动器、电磁阻尼器、弹簧机构、电连接机构、密封技术、润滑技术等。针对关键部件,上海航天技术研究院805所牵头汇集全国多家单位,逐个攻克技术难关,带动了国内相关专业的自主创新及发展。

安装在神舟八号和天宫一号上的对接机构共有118个传感器进行测量,5个控制器接发指令,上千个齿轮轴承进行力和运动的传递,通过18个电机和电磁拖动机构进行动作,由数以万计的零件和紧固件组成。活动部件多,传动链长,精度要求高,目前已成功申报了20多项专利。

自主创新的仿真先行

为了确保两个航天器在太空成功对接,在“上天”之前必须在地面上开展大量试验。

众所周知,地面与太空的环境条件有着天壤之别。要在地面模拟太空对接过程,必须在地面模拟太空环境,模拟两个飞行器对接的初始条件,同时实时检测对接过程力和位姿的变化。

上海航天技术研究院本着“仿真先行”思想,在样机研制之前,首先完成了一整轮的对接过程动力学分析,用以指导产品设计。仿真与试验在整个对接机构研制过程中,呈现“你中有我、我中有你”的循环迭代过程。

对接机构地面试验系统牵涉到复杂的地面模拟技术,其中许多方法需要创新思维巧妙构思,许多试验设备只能自行研制、自主创新。由805所牵头,汇集国内多家单位,成功研制开发了空间对接机构缓冲试验台、空间对接机构综合试验台、空间对接机构整机特性测试台、空间对接机构热真空试验台4个大型试验设备,一举使我国太空对接的地面模拟技术跻身世界一流,创造了“外国有的我们有、外国没有的我们也有”的试验条件,使国外同行刮目相看。

上海航天技术研究院工作人员调试对接机构

16年的研制之路充满着艰辛与坎坷。2006年,方案样机总装完成,开始试验验证,但在试验过程中却出现了缓冲碰撞力超差和分离角速度超差问题,这两项指标是对接任务中的重要性能指标。上海航天技术研究院领导对此高度重视,专门组织攻关队伍进行专题攻关,运用仿真、理论计算、故障树分析等手段确定了对碰撞力、分离角速度敏感的因素,进行了上千次的验证试验;采用创新思维,研制了不少辅助设备协助解决问题。经过近一年的努力,两个技术指标超差问题终于得到解决,相关攻关成果还申请了专利。

中国对接机构测试厂房

老中青结合的团队

任何一次对高难技术的攻克过程也是一支研制队伍的成长过程。

上海航天技术研究院早期的对接机构预研小组只有6人,他们用生命中最宝贵的10年,奠定了对接机构坚实基础。随着事业的召唤,一大批年轻人加入到对接机构的研制队伍中来。如今,上海航天技术研究院执行首次交会对接任务的两支试验队近250人,其中40岁以下青年人有164人,占到总人数的66%,平均年龄36.84岁。

岁月因平凡而伟大,事业因执着而非凡。将毕生精力都奉献给航天事业的陶建中研究员退休后仍然奋战在对接机构研制一线,带领空间对接机构综合试验台研制团队的年轻人,克服技术要求高、研制周期紧、关紧技术多等重重困难,在两年半时间内,攻克了运动模拟器、大回路控制系统等技术难关,顺利完成了综合台研制并交付使用,为对接机构突破捕获缓冲关键技术作出了重要贡献。

对接机构分系统主任设计师柏合民博士作为引进的高学历人才,带领对接机构设计师队伍,用了一年多时间,开展了三轮对接机构分离角速度技术攻关,进行了几百次试验,吃透技术、摸清规律,终于实现对接机构连接分离关键技术高指标的要求。

上海航天技术研究院试验队队长骆剑说:“16年的研制岁月,我们与对接机构一起度过了无数个不眠之夜,在战胜无数个困难和挫折的过程中,我们和对接机构一起成长、一起成熟,我们已经成为朋友、成为兄弟、成为心心相印的亲人,我们祝福它的太空之旅一帆风顺!”

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