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        7分鐘的完美對接 16年的拼搏奮斗:中國空間交會對接機構(gòu)的研制過程

        2011-07-13 09:02:28張建松
        太空探索 2011年12期
        關(guān)鍵詞:航天技術(shù)八號試驗臺

        □ 新華社記者 張建松

        11月14日,神舟八號飛船與天宮一號第二次對接成功。這是北京航天飛行控制中心內(nèi)的畫面

        浩瀚蒼穹,璀璨群星,共同見證了神舟八號和天宮一號在太空的精彩對接。北京時間11月3日1時28分,神舟八號上的對接環(huán)觸到天宮一號對接機構(gòu);1時36分,兩個航天器成功對接。

        為了這7分多鐘的完美一瞬,各研制單位參與奮斗了16年之久。

        精密復(fù)雜的對接機構(gòu)

        空間交會對接是載人航天最光輝的技術(shù)亮點。沒有兩個飛行器之間的對接,人類就無法長期在太空進行活動。

        1994年,我國開始啟動對接機構(gòu)預(yù)研工作,決定瞄準國際先進水平,采用“導(dǎo)向板內(nèi)翻式的異體同構(gòu)周邊式構(gòu)型”,以實現(xiàn)對接機構(gòu)研制的跨越式發(fā)展。上海航天技術(shù)研究院研制隊伍從1995年開始對接技術(shù)原理研究。

        兩個航天器在繞地軌道上飛行速度達每秒7.9千米,進入行星軌道速度更高,在太空中處于失重、真空狀態(tài),在高低溫的環(huán)境下,還有強烈的輻射和宇宙射線侵入。因此,要讓這兩個“龐然大物”在太空對接起來絕非易事,許多問題都是我國航天界以前從未遇到過的。

        研制團隊列出了對接機構(gòu)四大關(guān)鍵技術(shù):系統(tǒng)集成技術(shù)、動力學(xué)仿真技術(shù)、關(guān)鍵單機研制技術(shù)和地面試驗技術(shù)。遵循對接動力學(xué)研究、參數(shù)設(shè)計、動力學(xué)仿真、機構(gòu)設(shè)計和試驗齊頭并進、不斷循環(huán)迭代的研究思路,貫徹系統(tǒng)工程研究思想進行產(chǎn)品研制。

        經(jīng)過不懈努力、刻苦攻關(guān),對接機構(gòu)的第一臺原理樣機于1999年成功問世。為了使樣機達到空間對接任務(wù)所要求的性能指標(biāo),必須對所有關(guān)鍵零部件的性能進行研究,這些零部件包括主驅(qū)動組合、差動組合、捕獲鎖、對接鎖、摩擦制動器、電磁阻尼器、彈簧機構(gòu)、電連接機構(gòu)、密封技術(shù)、潤滑技術(shù)等。針對關(guān)鍵部件,上海航天技術(shù)研究院805所牽頭匯集全國多家單位,逐個攻克技術(shù)難關(guān),帶動了國內(nèi)相關(guān)專業(yè)的自主創(chuàng)新及發(fā)展。

        安裝在神舟八號和天宮一號上的對接機構(gòu)共有118個傳感器進行測量,5個控制器接發(fā)指令,上千個齒輪軸承進行力和運動的傳遞,通過18個電機和電磁拖動機構(gòu)進行動作,由數(shù)以萬計的零件和緊固件組成。活動部件多,傳動鏈長,精度要求高,目前已成功申報了20多項專利。

        自主創(chuàng)新的仿真先行

        為了確保兩個航天器在太空成功對接,在“上天”之前必須在地面上開展大量試驗。

        眾所周知,地面與太空的環(huán)境條件有著天壤之別。要在地面模擬太空對接過程,必須在地面模擬太空環(huán)境,模擬兩個飛行器對接的初始條件,同時實時檢測對接過程力和位姿的變化。

        上海航天技術(shù)研究院本著“仿真先行”思想,在樣機研制之前,首先完成了一整輪的對接過程動力學(xué)分析,用以指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計。仿真與試驗在整個對接機構(gòu)研制過程中,呈現(xiàn)“你中有我、我中有你”的循環(huán)迭代過程。

        對接機構(gòu)地面試驗系統(tǒng)牽涉到復(fù)雜的地面模擬技術(shù),其中許多方法需要創(chuàng)新思維巧妙構(gòu)思,許多試驗設(shè)備只能自行研制、自主創(chuàng)新。由805所牽頭,匯集國內(nèi)多家單位,成功研制開發(fā)了空間對接機構(gòu)緩沖試驗臺、空間對接機構(gòu)綜合試驗臺、空間對接機構(gòu)整機特性測試臺、空間對接機構(gòu)熱真空試驗臺4個大型試驗設(shè)備,一舉使我國太空對接的地面模擬技術(shù)躋身世界一流,創(chuàng)造了“外國有的我們有、外國沒有的我們也有”的試驗條件,使國外同行刮目相看。

        上海航天技術(shù)研究院工作人員調(diào)試對接機構(gòu)

        16年的研制之路充滿著艱辛與坎坷。2006年,方案樣機總裝完成,開始試驗驗證,但在試驗過程中卻出現(xiàn)了緩沖碰撞力超差和分離角速度超差問題,這兩項指標(biāo)是對接任務(wù)中的重要性能指標(biāo)。上海航天技術(shù)研究院領(lǐng)導(dǎo)對此高度重視,專門組織攻關(guān)隊伍進行專題攻關(guān),運用仿真、理論計算、故障樹分析等手段確定了對碰撞力、分離角速度敏感的因素,進行了上千次的驗證試驗;采用創(chuàng)新思維,研制了不少輔助設(shè)備協(xié)助解決問題。經(jīng)過近一年的努力,兩個技術(shù)指標(biāo)超差問題終于得到解決,相關(guān)攻關(guān)成果還申請了專利。

        中國對接機構(gòu)測試廠房

        老中青結(jié)合的團隊

        任何一次對高難技術(shù)的攻克過程也是一支研制隊伍的成長過程。

        上海航天技術(shù)研究院早期的對接機構(gòu)預(yù)研小組只有6人,他們用生命中最寶貴的10年,奠定了對接機構(gòu)堅實基礎(chǔ)。隨著事業(yè)的召喚,一大批年輕人加入到對接機構(gòu)的研制隊伍中來。如今,上海航天技術(shù)研究院執(zhí)行首次交會對接任務(wù)的兩支試驗隊近250人,其中40歲以下青年人有164人,占到總?cè)藬?shù)的66%,平均年齡36.84歲。

        歲月因平凡而偉大,事業(yè)因執(zhí)著而非凡。將畢生精力都奉獻給航天事業(yè)的陶建中研究員退休后仍然奮戰(zhàn)在對接機構(gòu)研制一線,帶領(lǐng)空間對接機構(gòu)綜合試驗臺研制團隊的年輕人,克服技術(shù)要求高、研制周期緊、關(guān)緊技術(shù)多等重重困難,在兩年半時間內(nèi),攻克了運動模擬器、大回路控制系統(tǒng)等技術(shù)難關(guān),順利完成了綜合臺研制并交付使用,為對接機構(gòu)突破捕獲緩沖關(guān)鍵技術(shù)作出了重要貢獻。

        對接機構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計師柏合民博士作為引進的高學(xué)歷人才,帶領(lǐng)對接機構(gòu)設(shè)計師隊伍,用了一年多時間,開展了三輪對接機構(gòu)分離角速度技術(shù)攻關(guān),進行了幾百次試驗,吃透技術(shù)、摸清規(guī)律,終于實現(xiàn)對接機構(gòu)連接分離關(guān)鍵技術(shù)高指標(biāo)的要求。

        上海航天技術(shù)研究院試驗隊隊長駱劍說:“16年的研制歲月,我們與對接機構(gòu)一起度過了無數(shù)個不眠之夜,在戰(zhàn)勝無數(shù)個困難和挫折的過程中,我們和對接機構(gòu)一起成長、一起成熟,我們已經(jīng)成為朋友、成為兄弟、成為心心相印的親人,我們祝福它的太空之旅一帆風(fēng)順!”

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