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天宫二号的“秘密”动力系统全是“西安造”

编辑:陕西娃   来源:华商网-华商报      更新时间:2016-09-16 15:57

  昨日22时04分

  天宫二号成功发射

 

  系我国首个真正意义上的空间实验室

  中国迈向空间站时代

  下月神舟十一号将载航天员与之对接

  >>天宫二号的“秘密”

  动力系统全是“西安造”

  推进分系统配置20多台不同推力姿轨控发动机

  将进行“太空加油”寿命会更长

  “西安技术”助力我国成第二个掌握该技术的国家

  伴随卫星很“贴心”太空漫步不孤单

  将为交会对接“太空盛典”摄影 还能预知危险

  >>天宫二号的“影响力”

  空间冷原子钟:

  3000万年误差一秒 提高“太空计时”精度

  量子密钥分配:

  用“太空通信”技术 为通信网络安全保驾护航

  三维成像微波高度计:

  “太空看海”帮人们更准确了解海洋动力环境

  涡轮泵技术:

  让消防车喷水高达三四百米

  远程通信:

  “航天货郎”自动售药机便民利民

  据新华社电昨日22时04分,搭载着天宫二号空间实验室的长征二号FT2运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。约575秒后,天宫二号与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。

  天宫二号空间实验室是在天宫一号目标飞行器备份产品的基础上改进研制而成,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨,采用实验舱和资源舱两舱构型,设计在轨寿命不小于2年,主要任务是接受载人飞船和货运飞船访问,开展空间科学实验和相关技术试验,验证空间站建造和运营相关关键技术。

  按计划,天宫二号空间实验室发射升空后,将开展平台和空间应用载荷测试,并于神舟十一号飞船发射前,做好与神舟十一号飞船交会对接的准备。

  这是长征系列运载火箭的第236次飞行。

 

  下月将与“神十一”举行“太空婚礼”

  昨日,天宫二号成功发射、一个月后,神舟十一号载人飞船将择机发射,与天宫二号实现交会对接,明年4月,我国第一艘货运飞船天舟一号将对天宫二号实施推进剂在轨补加,实现“太空加油”。在这些宏大的太空盛典中,所有动力系统及对于空间站建设至关重要的“太空加油”技术,全都是“西安造”。

  从发射到姿态控制

  动力系统全是“西安造”

  位于西安的中国航天科技集团六院(以下简称航天六院),是我国唯一集运载火箭主动力系统、轨姿控动力系统及空间飞行器推进系统的研究、设计、生产、试验为一体的专业研究院。

  在此次任务中,该院承担着两发长征二号F运载火箭、空间实验室、飞船上各种主推力及姿、轨控发动机、热控分系统及生命保障系统泵阀等的研制任务。其中,承担天宫二号及后续神舟十一号飞行发射的长征二号F火箭,是我国载人航天工程的“功勋火箭”,以十全十美的表现获得了“神箭”称号。

  而担负着交会对接任务的天宫二号490N双组变轨发动机和神舟十一号推进舱系列姿轨控发动机,更是保证空间实验室与载人飞船能否对接成功的关键环节之一。

  天宫二号推进分系统位于空间站资源舱内,系统共配置20多台不同推力的姿轨控发动机。而下月发射的神舟十一号飞船推进分系统由返回舱推进子系统和推进舱推进子系统组成,其中返回舱子系统共配置8台单元发动机,提供返回舱俯仰、偏航和滚动所需的动力,而推进舱推进子系统共配置40台大小不一的姿轨控发动机。这些动力系统不仅要满足空间实验室与运载火箭分离后为飞船的飞行提供轨道机动、交会对接、姿态控制、返回制动、再入控制等所需的全部动能,为神舟飞船与天宫二号组合体的轨道提升提供动力,而且对保证神舟飞船与天宫二号空间实验室精准交会对接、组合体稳定运行、返回舱安全返回将起到至关重要的作用。

  可以说,此次载人航天工程任务的每一步,都有来自航天六院动力系统的贴心呵护。

  我国将成为

  第二个掌握“太空加油”技术的国家

  天宫二号完成发射后将在太空完成三大任务:航天员中期驻留、推进剂在轨补加、在轨维修技术试验。

  “通过推进剂在轨补加,使航天器可以像汽车一样在太空中‘加油’,从而大大延长寿命。”航天六院801所载人飞船推进分系统副主任设计师顾帅华介绍,天宫二号是我国第一个具备太空补加功能的载人航天实验室,并将首次进行推进剂太空补加技术试验。

  推进剂在轨补加技术是空间站工程四大关键技术攻关项目之一,也是确保我国空间站长寿命运行的最基本保障,在太空中实现这一任务是世界范围内的难题。

  经过航天六院801所多年的艰难摸索和试验研究,空间实验室推进剂在轨补加系统关键单机——空间压气机和液路浮动断接器相继实现了从零到成功的突破,为我国空间站工程的研制奠定了坚实基础。不仅突破了国外技术封锁,还将使我国成为除俄罗斯之外世界上第二个掌握空间补加核心技术的国家。

  伴随卫星将为“太空盛典”摄影

  还能预知危险

  航天六院质量技术部部长谭松林介绍,天宫二号还有一颗伴随卫星,将忠实伴随着天宫二号一路远行,助力天宫二号完成使命。这颗伴随卫星,是中科院微小卫星创新研究院研制的,伴随卫星的动力也由航天六院负责设计。

  据介绍,伴随卫星可作为主航天器的安全辅助工具,对主航天器进行工作状态监测、安全防卫,还可为航天员出舱活动及空间飞行器交会对接等提供直接的技术支持。

  伴随卫星在轨期间将开展伴飞试验,从“天宫二号”在轨释放,首先实现安全远离,其后通过轨道控制,实现逼近并形成伴随飞行。任务完成后,再安全远离,在空间轻松上演自由贴近、远离的华丽动作大戏。同时,将配合空间站开展多平台间的协同试验,拓展空间应用。

  这颗伴随卫星还具备全天时的空间观测能力,可监测空间碎片等可能对空间站造成潜在危险的空间目标。还搭载高分辨率全画幅可见光相机,能在空间绕飞试验过程中,对天宫二号与神舟十一号组合体进行高分辨率成像,将为这场交会对接的“太空盛典”进行摄影。

 

  “太空加油”技术

  到底有多难?

  推进剂在轨补加技术主要目的是为空间站提供燃料,是空间站工程四大关键技术攻关项目之一,也是确保我国空间站长寿命运行的最基本保障。据航天六院工作人员介绍,攻克这一技术难关客服了重重困难。

  难点1

  压气机技术花钱也买不来

  只能自己研制

  要实现推进剂在轨补加功能,核心单机是压气机,这也是研制难度最大的单机。目前,空间站用的小型压气机技术只掌握在极少数航天强国手中,花费在数千万美元,而且由于技术保护等原因根本无法购得。而国内地面的两级增压压气机重量不能适应空间微重力环境,无法直接应用。尽管国内曾将压气机的研制提上日程,但由于难度大,一直没有进展。

  为实现技术突破,801所组建了专门研制团队,自主研发空间压气机。2013年,由801所研制的压气机顺利完成各项测试并通过了总体组织的关键技术攻关验收工作。短短几年时间,801所项目团队先后完成了压气机原理样机、工程样机、初样和正样的研制与生产任务,攻克了20余项技术难题,多项技术申报并获得国家发明专利,为我国推进剂在轨补加技术的实现攻破了最为关键的一环。

  难点2

  “螺蛳壳里做道场”

  困难重重

  在天宫二号上进行推进剂补加任务启动于2011年天宫一号与神舟八号完成交会对接之后。当时,天宫二号的总装、供电、控制和信息流业已定型,要在原有的推进系统中嵌入补加功能,就要从设计余量中找到资源提供给新增的补加系统,而且要对天宫二号进行系统方案的改装。对正样产品进行如此大的改装,这在国内尚属首次,不仅毫无经验可循,而且要求补加系统增加的单机,不能多,不能重,不能大,不能影响原来已经安装的设备,不能超出控制通道数量,遥测参数不能破上限,即便是指令条数也有严格限制。可谓困难重重,限制重重。另外,要在天宫二号上增装补加系统,因为是改装方案,所以首先要解决的就是系统方案的实现问题。天宫二号推进补加研究团队成员从各自的专业领域出发献计献策,寻找最佳方案。就这样,“螺蛳壳里做道场”,经过团队成员的共同努力,801所提供的补加系统方案最终顺利通过了总体组织的评审。

  难点3

  地面加注须小心翼翼

  太空补加完全靠程序

  推进剂不同于汽油、柴油,它具有高毒性和强腐蚀性,即便在地面进行加注,也需要二十几个人小心翼翼地操作一周左右。在太空失重的环境下,完全通过程序控制实现推进剂的在轨补加,难度可想而知!补加过程是几十个串联步骤的复杂流程,操作稍有不当就可能全盘失败,补加流程该怎样设计成了研究团队面前的另一只拦路虎。负责系统设计的陈开莹主动承担起了这个重任。为确定不同方案的优劣,寻求最为优化的补加流程,陈开莹率领项目组先后进行了五轮大型的补加实验,模拟和测试了近十种补加工况,对海量测试数据作了对比分析。而针对补加流程各环节可能存在的隐患,她也细致入微地制定了解决方案,确保不带一丝隐患上天。仅补加管路残留推进剂对舱体和周围器件可能造成的腐蚀问题一项,就做了两次真空吹除试验,确定了最为优化的吹除口型面和吹除程序。这也是国内首次进行的推进剂吹除试验。

  经过六院801所多年的艰难摸索和试验研究,空间实验室推进剂在轨补加系统关键单机——空间压气机和液路浮动断接器相继实现了从零到成功的突破。补加关键技术攻关的顺利完成为我国空间站工程的研制奠定了坚实的基础,而补加系统及关键单机压气机的成功研制,不仅突破了国外技术封锁,而且还填补了中国航天领域的空白,实现了我国空间推进领域的又一次技术跨越,将使我国成为世界上第二个掌握空间补加核心技术的国家。随着明年“天舟一号”首艘货运飞船的发射升空,“太空加油”技术的正式应用,将为中国空间站建设提供和补充源源不断的动力能源,使中国的航天器插上了更加强劲有力的翅膀。 华商报记者 马虎振

  螺钉螺母拧到啥程度

  都有量化标准

  随着天宫二号被准确送上预定轨道,航天六院研制的全系列动力系统的稳定可靠性再次成为人们关注的话题。打造这样的“天梯”,是如何做到如此安全、精准的?

  据航天六院工作人员介绍,为了使火箭、“天宫”、“神舟”上的发动机零缺陷、高可靠,六院对产品的零部组件实行了优中选优和加严措施。

  选择零件时,要求密封面上不能有一点划痕,零件表面的金属纹路要保持一致,而且所用的零部组件不许有任何质疑单,一个普通阀门都是在上百个合格的产品中优中选优的。在涡轮泵生产试验过程中,11所的科研人员从130多台次合格的产品中优中选优,优选后产品的“淘汰率”竟达到了84%。

  发动机上一个小小的电爆阀,科技人员就预想了十几种有可能发生的故障模式,制定措施,在设计、生产、试验、交付、总装中一一落实,并组织复查和确认,一个不漏地将故障隐患扼杀在摇篮里。喷注器上的近三千个小孔逐一检验,整整检验了两个半月,两孔轴心相错度偏差值仅仅是一根头发丝的五分之一。

  航天六院7103厂运载型号副总工程师陈少斌介绍,为彻底解决高密度发射形势下,生产过程中量化控制不到位、质量管理不够精细的突出问题,承担长2F火箭发动机生产制作任务的7103厂在CZ-2F T2发动机生产中开展了装配过程量化控制工作,连螺钉螺母要拧到什么程度,每条焊缝都是谁焊的、焊得怎么样,都实现了量化控制。

  据介绍,为确保所有焊缝万无一失,这次发射的长征2FT2火箭全部发动机共有6700多个螺纹连接点,在总装过程实现了百分之百的力矩量化控制;发动机焊接全过程也实施了量化控制,对发动机全部67000多条焊缝进行了建档工作,以确保发动机焊缝质量清楚可查。

 

  西安卫星测控中心:

  捕获目标那一刻

  数据潮水般涌来

  昨晚22时01分,西安卫星测控中心指挥大厅正前方的显示屏上,数据和曲线不断闪烁,数字不停变化。现场40多名参试人员穿梭于操作机台之间,有的对着计算机校对数据,有的在接收指令,有的聚在一起讨论……

  “……3、2、1,点火!”22时04分12秒,搭载着天宫二号的火箭在巨大轰鸣声中冲天而起。大屏幕上,火箭理论曲线清晰直观,上面一个小小的红色亮点,实时显示着天宫二号在浩瀚的太空中的前进方向。科技人员严密监视着数据,不放过任何一个细微变化。

  “渭南发现目标!”升空183秒后,火箭飞至渭南测控站上空。“渭南跟踪正常,遥测信号正常!”22时8分15秒,渭南站第一时间捕获目标。

  数以千万计的数据从各测控站汇集到这里,报告声此起彼伏。参试人员屏息凝神,通过近百台机器的超高速运转,进行数据的计算分析,实时了解火箭的飞行情况。随着各测控站点不断精准地注入指令,天宫二号按计划向预定轨道顺利挺进。

  “目标跟踪正常,遥测数据正常!”测控屏幕上,红色的实时火箭姿态曲线正精准地沿着绿色计算曲线伸展,一切尽在掌控之中。

  22时13分37秒,器箭分离成功。22时16分21秒,太阳能帆板展开。各项测控数据显示天宫二号性能良好,运行状态平稳。

  22时25分,当调度里宣布“天宫二号”任务成功的喜讯时,整个大厅立即被热烈的掌声淹没。为了这一刻,他们付出了太多太多……

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