天舟一号新技术:靠什么金刚钻 能揽这瓷器活

2017-04-21 09:18 来源:科技日报 付毅飞 操秀英
2017-04-21 09:18:19来源:科技日报作者:付毅飞 操秀英责任编辑:赵清建

  朱红梅 本报记者 付毅飞 操秀英

  作为我国第一艘货运飞船,天舟一号首次出征肩负的使命可不少。它要背着相当于自己体重的货物和推进剂,与天宫二号对接并进行推进剂补加,并开展多项空间试验、验证许多新技术。

  揽了一身瓷器活,没有金刚钻可不行。让我们一起看看,中国航天科技集团公司五院为天舟一号赋予了哪些绝技,让它能笑傲太空。

  特制货架装得又多又好

  从地面往太空运一次货不容易,“能装”是货运飞船应具备的首要特质。

  天舟一号很能装。它的运载能力达到6吨,相当于自身重量。除了装得多,还要装得好。研制团队费劲心思,为它设计了特别的货架和货包。

  天舟一号的高效承载货架,猛一看跟普通书架差不多,其实细节和构型大不相同。该货架采用基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板预埋结构,形成了大量标准装货单元,结构与货物重量比达到8%,在业内属领先水平。蜂窝板有大量留空面积用于装货,碳纤维立梁材质非常轻且抗变形能力强,二者的完美结合,使货架既能适应传统刚性结构安装,又能适应柔性束缚带的连接承载。经过测试,三个这种结构就能承载一台轿车。

  大承载货架结构与密封舱主结构的连接环节,采用了特殊的材料和结构设计。由于密封舱充电后会变形,连接环节采用碳纤维结合铝合金材料,相当于有一个桥梁释放变形产生的力,避免货架直接与密封壳体相连,以保障在轨环境下结构不被破坏。

  国内最大组合体可实现精准控姿

  相比以往神舟飞船与天宫的组合,天舟一号与天宫二号组合体的转动惯量将增加近50%,是国内在轨最大、最重的航天器组合。在轨进行推进剂补加时,势必对组合体的飞行姿态有较大干扰。这要求控制系统足够健壮和聪明,能应对该过程中各种可能出现的故障工况。

  为保证组合体在太空的姿态稳定,五院研制了200Nms(牛米每秒)控制力矩陀螺(CMG),构建了具备完善自主故障诊断和重构能力的CMG系统。该系统在实现对组合体稳定控制的同时,可以保证如果某一陀螺出现异常,可以无缝切换并把对姿态的干扰降到最小。

  组合体上各设备的运行,都要依靠太阳能。在绕地运行过程中,为使太阳能帆板尽量多接受阳光照射,组合体需要持续调整姿态。研制团队优化了帆板实时调速控制算法,进一步提高了帆板跟踪精度。长期在轨运行中,组合体还可能面临太阳方位不好的情况,这时它将实施连续偏航机动,确保太阳帆板高效跟踪太阳,持续接收能量。

  “载荷大管家”能控制多项试验开展

  空间试验是天舟一号此行的重要任务之一。被称为“载荷大管家”的空间技术试验分系统管理着来自5个载荷方、13个试验项目的40余台载荷设备。

  该系统分为载荷公用平台和实验项目两部分。其中,载荷公用平台负责向实验项目提供控制、供电、状态采集、信息传输等各类电气接口资源,保障载荷试验在轨顺利开展;实验项目由在轨试验所需的各类试验设备组成。

  研制团队对试验载荷实施了有别于平台产品的差异化管理,兼顾了试验载荷周期短、接口可靠和运行安全需求,以保障各类空间技术试验顺利进行。

  由于这些试验将在无人情况下进行,研制团队通过载荷运控方案设计,编制了相应的飞行程序。在实际飞行任务中,载荷公用平台将如同“大脑”,控制包括空间应用实验、特殊技术试验、航天技术试验等各类试验项目的开展。

  (科技日报海南文昌4月20日电)

[责任编辑:赵清建]

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