摘要 备受瞩目的天宫一号成功奔向太空,中国载人航天工程由此迈出重要一步!按照计划,天宫一号发射后的两年内,神八、神九、神十飞船将先后发射并与之交会对接,进行无人或载人对接试验。天宫一号是...
备受瞩目的天宫一号成功奔向太空,中国载人航天工程由此迈出重要一步!按照计划,天宫一号发射后的两年内,神八、神九、神十飞船将先后发射并与之交会对接,进行无人或载人对接试验。
天宫一号是我国航天事业发展的里程碑,它不仅开启了中国的空间站时代,更将对整个航天及上游材料产业起到巨大拉动作用。
作为我国航天工业的重要成果,天宫一号凝结了无数科研工作者的汗水和心血,多项新材料也成功应用到天宫一号上。
耐辐照石英玻璃将见证空间交会对接
空间交会对接是举世公认的航天技术瓶颈,也是天宫一号面临的最重要的技术考验。天宫一号对接任务的完成离不开其姿态控制系统,而姿控系统必须用到关键的光学材料,能够滤紫外线、耐宇宙线辐射、耐近千度的高温、抗冲击力强。而国内惟一能满足此类要求的只有中国建筑材料科学研究总院提供的耐辐照石英玻璃。
据中国建筑材料科学研究总院相关负责人介绍,该院的顾真安院士带领科研团队在1987年便主动接下了国防重点工程———耐辐照石英玻璃这一艰巨的研制任务。
普通玻璃乃至普通石英玻璃在高强度的宇宙射线辐照下都会变黑不透光,从而造成姿控定位的失误。在技术完全空白的情况下,中国建材总院通过几年的研究和反复试验,解决了在高纯石英玻璃内部进行掺杂的技术问题,攻克了高温熔融不均体、耐宇宙射线辐照等多个技术难关。1995年,耐辐照石英玻璃首次应用于卫星并取得了良好效果,1996年,该成果获得国家科技进步二等奖。
十几年来,中国建材总院每年为我国航天提供百余套配套产品,应用于通信、资源、科研等卫星和嫦娥二号探月工程上。近两年,研制团队又在后期热处理等工序上摸索出了新工艺,大大提高了产品的成品率。
目前,中国建材总院结合我国航天的中长期目标,不断改进耐辐照石英玻璃研制技术,重点解决耐辐照石英玻璃的批量供货能力。
碳纤维复合材料装备两大关键系统
同样在天宫一号上大显身手的还有碳纤维复合材料。
资源舱推进分系统先进复合材料承力锥台是天宫一号的重要结构件。天宫一号空间实验室资源舱包括发动机和电源装置等,用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控,为轨道机动提供动力,为飞行提供能源。资源舱推进分系统主承力结构件是天宫一号的重要结构件,外形尺寸大,可分配的结构空间和结构重量小,载荷条件苛刻,设计和制造的技术难度较大。
哈尔滨玻璃钢研究院设计的碳纤维复合材料承力锥台结构方案,创造性地使用蜂窝夹层结构与复合材料十字梁组合结构作为主承力结构件,该设计方案优于金属面板方案,解决了推进分系统结构空间小、有效载荷难以布局的难题。在产品设计、研制过程中,科研人员破解了大型复合材料结构的有限元设计方法及其在复杂载荷作用下的承载能力、主承力蜂窝夹层结构的设计计算方法等问题,攻克了产品模具设计技术、十字梁整体成型工艺、主承力高精度要求的蜂窝板成型工艺、大型复杂结构的装配工艺等一系列关键技术,满足了天宫一号承力锥台工艺制造需求。
2005年起,经过结构设计、仿真计算分析、初样产品研制、静力试验、正样产品研制等阶段,天宫一号资源舱推进分系统先进复合材料承力锥台产品成功交付使用。
哈玻院研制的碳纤维复合材料相机支架是天宫一号应用系统的重要承力结构件。为满足空间光学结构的应用,相机支架的设计要求五个“高”:尺寸精度及形位精度要求高,线膨胀系数要求高,结构弹性模量要求高,变形要微米数量级、产品基频高达100Hz以上,重量指标要求高,研制的技术难度较大。
2006年,哈玻院承担了天宫一号碳纤维复合材料相机支架组件的研制任务。该项目利用大型仿真分析软件,建立了参数化计算模型,对复合材料构件进行优化设计,在不规则结构的有限元分析计算方法等方面具有创新性,并解决了三大技术难题:不规则、不等厚、不等宽、大截面加筋结构的工艺成型技术,复合材料加筋夹层结构的成型技术以及高精度双层加筋结构的精度控制。天宫一号碳纤维相机支架最终顺利交付,并通过了各项地面试验考核。
据了解,哈玻院从2005年开始陆续承担了天宫一号的三个研制项目,包括天宫一号资源舱推进分系统先进复合材料承力锥台研制、天宫一号应用系统先进复合材料相机支架研制、天宫一号应用系统碳纤维复合材料安装座研制。三个项目由林再文副院长亲自负责,历经模样、初样、试样到正式应用,完全满足了天宫一号的应用需要。此前,哈玻院曾承担并圆满完成了载人航天工程从神舟一号至神舟七号的相应科研任务。