嫦娥五號探測器由4個部分組成,其中,軌道器作為貫穿任務(wù)全過程的核心產(chǎn)品,是名副其實的“太空郵差”。
它將在相距38萬公里的地月之間,構(gòu)建一條太空“物流”通道,既承擔(dān)地月往返運輸?shù)娜蝿?wù),將乘客安全地送往目的地,同時又要在太空中穩(wěn)妥地完成貨品的“接收”“裝箱”,將珍貴的月壤投送回藍(lán)色星球。
“在整個任務(wù)過程中,軌道器在軌共有5次分離,6種組合體狀態(tài),承擔(dān)地月往返運輸、器間分離、交會對接與樣品轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵任務(wù),是目前最復(fù)雜的空間飛行器之一?!敝袊教炜萍技瘓F八院(以下簡稱八院)嫦娥五號探測器副總設(shè)計師查學(xué)雷介紹。
針對整個任務(wù)飛行狀態(tài)多、器間接口多、工作模式多、技術(shù)攻關(guān)難、地面驗證難等特點,研制團隊突破了4項關(guān)鍵技術(shù),煉就了這名“太空郵差”。
連接分離技術(shù)
連接穩(wěn)固、分離可靠
嫦娥五號多器分工合作的狀態(tài),造就了探測器在太空中多次分離、組合的變形過程,這在我國航天器中絕無僅有。
其中,軌道器就擁有5個分離面,既要保證組合狀態(tài)下器與器連得穩(wěn)固,同時又要確保分離過程的安全可靠,這是探測器研制的難點之一。
記者從八院了解到,軌道器摒棄了傳統(tǒng)的艙段間包帶連接方式,創(chuàng)新采用多點高強度分離螺母進行連接,通過在各分離面配置不同數(shù)量的分離螺母以滿足艙段間連接強度與剛度要求。同時雙作動分離螺母包含兩套解鎖機構(gòu),其中任意一套動作都能確保分離面每一個分離點的可靠分離。
連接穩(wěn)固、分離可靠的連接解鎖與分離關(guān)鍵技術(shù),成就了嫦娥五號的從容飛天之旅。
抱爪式對接機構(gòu)
對接精度達毫米級
嫦娥五號在38萬公里外實施我國首次月球軌道自動無人交會對接與樣品轉(zhuǎn)移,對接機構(gòu)中的運動位置精度和對中性,是影響樣品容器轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。記者從八院獲悉,其對接精度要求達到毫米級。
過去載人航天工程所用弱撞擊型周邊式對接機構(gòu)已不適用,八院研制團隊創(chuàng)造性地研制出了抱爪式對接機構(gòu),配合采用棘爪式轉(zhuǎn)移機構(gòu),在自動無人交會對接的同時實現(xiàn)樣品容器的自動轉(zhuǎn)移。
這一技術(shù)是世界首創(chuàng),成就了嫦娥飛天采樣返回中極為重要的一環(huán)。
結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)
實現(xiàn)“雞蛋殼上掛秤砣”
受探測器整體重量約束的影響,軌道器在具備強大承載能力的同時,還必須身輕如燕。
為了做到身材比例的完美,軌道器首次使用大承載復(fù)雜構(gòu)型輕量化結(jié)構(gòu)、多次分離復(fù)雜構(gòu)型、多冗余路徑復(fù)合傳力結(jié)構(gòu)、大承載復(fù)合材料一體成型插層變厚度承力球冠技術(shù)等7項創(chuàng)新技術(shù),結(jié)構(gòu)質(zhì)量比達到9.6%,真正實現(xiàn)效能最優(yōu)。
例如,重量僅有46千克的承力球冠,能夠承載3噸重的貯箱,具備30噸的極限承載能力,讓“雞蛋殼上掛秤砣”不再是傳說。
通過積極創(chuàng)新設(shè)計,軌道器內(nèi)有錚錚鐵骨,外有完美身材,擎得起飛天夢想,穩(wěn)得住每個動作。
分布式綜合電子技術(shù)
分區(qū)管、易拓展
軌道器采用分艙段設(shè)計,各艙段都有對應(yīng)的配電管理、熱控管理、信息管理需求。如果按照傳統(tǒng)的模式進行整器電氣設(shè)計,需要大量的跨艙段電纜進行信息交互,會對軌道器的重量設(shè)計、分離面設(shè)計、電纜網(wǎng)設(shè)計以及整器總裝造成負(fù)擔(dān)。
為此,研制團隊創(chuàng)新提出了分區(qū)域管理的分布式綜合電子單機設(shè)計思想,通過區(qū)域劃分和整體布局,最大可能地減少穿艙電纜與艙段內(nèi)硬線連接。
同時,團隊還創(chuàng)新提出整器電氣管理的區(qū)域化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計思想,通過制定一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,使得綜合電子系統(tǒng)做到從內(nèi)到外整齊標(biāo)準(zhǔn),靈活組裝、易于拓展,跑得穩(wěn)軟件,傳得好信號,點得起火工品,控得住機構(gòu)。
目前分布式綜合電子技術(shù)已在多種飛行器推廣應(yīng)用,走出了一條不同以往的新路。(王玓瑭 記者 付毅飛)
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