空間對(duì)接機(jī)構(gòu)地面測(cè)試系列裝備。 圖片由哈工大提供
□劉培香 本報(bào)記者 趙一諾
24日，搭載空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。記者從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，在此次問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)中，該校多項(xiàng)研究成果助力問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，再次彰顯航天第一校“尖兵”的使命擔(dān)當(dāng)。
靈巧機(jī)械臂助力空間站三艙操作
問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙上約5米長(zhǎng)、負(fù)載達(dá)3噸的機(jī)械臂，不僅可實(shí)現(xiàn)與艙體間電氣和信息的互聯(lián)互通，還能通過(guò)問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙外部的目標(biāo)適配器完成艙外的爬行和固連，實(shí)現(xiàn)覆蓋整個(gè)實(shí)驗(yàn)艙艙段的操作維護(hù)。這副龐大卻靈巧的機(jī)械臂由該校機(jī)電學(xué)院劉宏院士、謝宗武教授團(tuán)隊(duì)和中科院長(zhǎng)光所聯(lián)合研制。
據(jù)介紹，機(jī)械臂既能夠完成航天員出艙活動(dòng)支持、艙外狀態(tài)檢查等任務(wù)，也可以結(jié)合其自身運(yùn)動(dòng)靈活、定位精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，執(zhí)行各類(lèi)艙外載荷和平臺(tái)設(shè)備的安裝、拆卸、維護(hù)和照料等精細(xì)操作。同時(shí)，它還可通過(guò)一個(gè)機(jī)械臂轉(zhuǎn)接件與10米長(zhǎng)的核心艙機(jī)械臂組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)雙臂間電氣和信息的互聯(lián)互通。“雙臂合一”后，整個(gè)機(jī)械臂系統(tǒng)可達(dá)范圍能夠拓展為14.5米，活動(dòng)范圍可直接覆蓋空間站3個(gè)艙段，滿足了跨艙段、全空間站大范圍的不同位置精細(xì)作業(yè)需求，為我國(guó)空間站在軌建造提供了有力保障。
空間碎片撞擊在軌感知技術(shù)保護(hù)空間站和航天員安全
為了應(yīng)對(duì)空間碎片威脅，該校航天學(xué)院龐寶君教授團(tuán)隊(duì)與北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)針對(duì)問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的空間碎片撞擊感知技術(shù)，并將其應(yīng)用于問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的空間碎片撞擊監(jiān)測(cè)模塊。該技術(shù)能夠?qū)臻g碎片撞擊事件進(jìn)行實(shí)時(shí)感知、判別并定位，為航天員和地面控制人員及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施提供依據(jù)，保護(hù)空間站和航天員安全。
龐寶君教授帶領(lǐng)的空間碎片高速撞擊研究中心，多年來(lái)圍繞超高速撞擊判別、定位及結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別，在基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題提出、理論分析模型建立等方面，取得了系列原創(chuàng)性成果。通過(guò)技術(shù)集成，團(tuán)隊(duì)研制了空間碎片撞擊在軌感知系統(tǒng)原理樣機(jī)，為工程應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
空間對(duì)接機(jī)構(gòu)地面測(cè)試系列裝備保障空間對(duì)接任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失
此次問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射對(duì)接是我國(guó)空間對(duì)接領(lǐng)域的新任務(wù)、新挑戰(zhàn)。據(jù)悉，全長(zhǎng)17.9米的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙軸向，是世界上軸向長(zhǎng)度最長(zhǎng)的單體載人航天器。這一新型式大尺寸大慣量的航天器對(duì)接，是我國(guó)首次在載人狀態(tài)下迎接航天器的來(lái)訪對(duì)接。為確保此次空間對(duì)接任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失，該校機(jī)電學(xué)院趙杰教授團(tuán)隊(duì)研制的空間對(duì)接機(jī)構(gòu)地面測(cè)試系列裝備，通過(guò)參數(shù)化載荷配置，使對(duì)接過(guò)程動(dòng)能瞬時(shí)等效，確保這一特殊對(duì)接工況的準(zhǔn)確模擬和高效驗(yàn)證，圓滿完成空間對(duì)接機(jī)構(gòu)研制各階段的地面測(cè)試任務(wù)。
提升“空調(diào)系統(tǒng)”壽命助力航天員長(zhǎng)期駐留
空間站的“空調(diào)系統(tǒng)”是保障航天員生命安全的關(guān)鍵子系統(tǒng)之一。由于空間站外部的溫度變化范圍非常大，常規(guī)冷卻劑無(wú)法滿足這種大溫差范圍的需求，給工作在這種介質(zhì)中的流體回路泵軸承的抗腐蝕能力提出了巨大的挑戰(zhàn)。該校材料學(xué)院王浪平教授團(tuán)隊(duì)采用表面強(qiáng)化技術(shù)，解決了流體回路泵軸承的抗腐蝕難題，使其工作壽命得到大幅度提升，為航天員的長(zhǎng)期駐留提供了可靠保障。
攻克空間對(duì)接機(jī)構(gòu)表面強(qiáng)化難題實(shí)現(xiàn)可靠對(duì)接
空間交會(huì)對(duì)接是現(xiàn)代航天器長(zhǎng)期在軌運(yùn)行期間不可缺少的操作，空間對(duì)接機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)空間飛行器間在軌的機(jī)械連接、建立航天器聯(lián)合飛行的組合體和安全分離的系統(tǒng)。王浪平教授團(tuán)隊(duì)采用離子注入與沉積技術(shù)攻克了空間對(duì)接機(jī)構(gòu)核心零件的表面強(qiáng)化難題，使其在太空環(huán)境下獲得高抗磨損、自潤(rùn)滑和防冷焊等性能。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)研制的離子注入與沉積工業(yè)化裝備，為空間對(duì)接機(jī)構(gòu)上50余個(gè)核心零件的表面強(qiáng)化提供設(shè)備條件，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的自主可控，保障了神舟、天舟系列飛船、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與空間站核心艙等目標(biāo)飛行器的可靠對(duì)接。
金屬橡膠技術(shù)助力問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功
該校機(jī)電學(xué)院姜洪源教授團(tuán)隊(duì)利用金屬絲的耐高低溫、大溫差及大過(guò)載等優(yōu)良性能，研制的HIT-1型金屬橡膠阻尼環(huán)解決了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗震減振技術(shù)難題，有效減輕火箭大過(guò)載、大震動(dòng)對(duì)信號(hào)傳輸裝置帶來(lái)的負(fù)面干擾，提高了信號(hào)連續(xù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作提供了支撐。此金屬橡膠技術(shù)已成功助力天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射、嫦娥五號(hào)探測(cè)器發(fā)射和長(zhǎng)征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射。
