在距离地球400公里的轨谈上,重达百吨的空间站以每秒7.8公里的速率飞奔。当飞船以毫米级精度与空间站对接,当实验舱段完成天际转体,这场无声的“机械芭蕾”背后,是凝合中国东谈主智谋的空间站对接与转位机构时期。今天,这项由中国航天科技集团有限公司上海航天时期扣问院研制的着力,荣获2024年度上海时期发明奖出奇奖。
中国“天际之吻”达到寰球率先
交会对接,是载东谈主航天工程中难度最大的时期要领之一。莫得它,空间站的开发和运营就无从谈起。20世纪90年代初,大众唯有俄罗斯和好意思国掌执对接时期。
1995岁首,上海航天时期扣问院组建对接机构研制队伍时,靠近海外严实的时期闭塞,研发作事果然是从零起步。1996年,刚从哈工大毕业的张崇峰博士加入团队,接过了这一极具挑战的任务。他携带团队四处搜寻贵府,在此基础上深刻扣问,建议了“异体同构临近式对接机构”决议。这种对接机构妥当性、承载才略强,且东谈主货通行通俗,成为我国空间站对接的最终决议。
张崇峰团队在研制空间站对接机构。
为了把决议图纸变成什物,张崇峰团队要在大地模拟航天器在天际环境中的对接经过。他们想搭建气浮平台,用来创造对接经过的有用运行条款。所有这个词这个词平台的平面高下升沉不可向上0.003毫米,也便是1/20根头发丝的直径。查询贵府后,他们发现唯有泰山花岗岩能得志这一要求。于是,诡计师赴泰山石矿区检会了一个多月,开采到两块70多吨重的大石头,随后将其加工成两个20吨重的致密平台。
在致密平台上,手指轻轻一触,两个8吨重的飞船模子就会转移,并且可笔据实验需要竖立多样运行对接条款。海外人人参不雅后,嘉赞谈:“这是刻下寰球上水平最高的对接机构大地磨练拓荒。”
2011年11月3日,神舟八号与玉阙一号初次“天际之吻”取获取手,秀气着我国成为寰球上第三个孤独掌执交会对接时期的国度,并达到寰球率先水平。16年的费力付出,张崇峰团队向我国载东谈主航天行状交出了一份完满答卷。
这是玉阙一号录像头在2011年11月3日拍摄的玉阙一号和神舟八号对接锁紧完成后的画面。新华社发
完成最大吨位航天器交会对接
很快,这个团队又投身货运飞船对接机构的研制作事。神舟八号和玉阙齐是8吨级航天器,但对空间站来说,还属于“轻量级”。货运飞船成立的第二代对接机构必须妥当8~180吨多样吨位、多样步地的对接,包括会产生宽敞对接能量的偏心对接,这对机构的缓冲耗能才略建议很高要求。
为此,张崇峰团队建议了可控阻尼的收尾念念路,以增强对接机构采纳能量的才略,使大吨位航天器对接更自如。循着这一念念路,他们攻克了可控阻尼器枢纽时期,2015年完成天舟一号正样居品研制。2017年4月22日,天舟一号与玉阙二号初次交会对接得手,第二代对接机构弘扬完满。
2017年4月22日,天舟一号与玉阙二号对接锁紧。新华社发
如今,上海航天时期扣问院研制的对接机构已圆满完成36次交会对接任务,并展现出一系列生手段:2021年6月17日,神舟十二号载东谈主飞船初次实践快速交会对接;2022年6月5日,神舟十三号载东谈主飞船完成初次径向对接;2022年7月24日,问天实验舱与空间站组合体得手对接,成为我国刻下最大吨位航天器之间的交会对接。
转位机构助“玉阙”构成T字形
与对接机构相同,转位机构亦然空间站建造的枢纽装配。它能使实验舱从一个对接口革新到节点舱的另一个对接口,完成空间站拼装建造。
“如若实验舱径直与空间站组合体进行侧向对接,会因为质心偏差对空间站姿态变成较大影响,以至有滚转失控的风险。”张崇峰说。何如摒弃这一风险?他携带团队经过多轮头脑风暴,建议了国际创举的平面转位决议。与俄罗斯“和平号”空间站经受的翻转式拼装决议比拟,平面转位决议的诡计难度更大,大地磨练任务更复杂,但对空间站组合体的扰动较小,更易于完成空间站的姿态收尾。
为确保所有这个词这个词转位经过自如,他们经受“缓起”决议,让转位机构在两分钟内以肉眼难以察觉的启动加快度完结舱体的舒缓起动,并逐渐擢升至全速动弹。在到达侧向停靠点并进行制动的经过中,为幸免电机断电可能带来的舱段“急刹车”,转臂机构装有缓冲耗能装配,这既缩短了驱动装配受到的冲击力,又能在3分钟内快速糜掷舱体转位带来的动能,使实验舱能准确地停在预定的侧向对接位置。
2022年9月30日和11月3日,问天实验舱、梦天实验舱接踵完成转位,对接与转位机构启得柔、转得稳、停得准、对得顺,与大地磨练时期精确吻合。三舱“相拥”于天际,我国空间站T字基本构型拼装完成。
2022年11月3日,神舟十四号航天员乘组得手参加梦天实验舱。新华社发
十余年的研制作事,历经决议诡计、初样、正样、总装、测试、辐照等各个要领,张崇峰团队是空间站建造的见证者,更是亲历者。如今,中国空间站依然参加行使和发展阶段,飞船寰宇来往实践常态化辐照。每一次精确对接和可靠分歧,齐离不开这个团队在大地的尽心准备和实践。他们用每时每刻的苦守攻克时期难关,以世代相传的职责诠释航天精神,让中国“玉阙”漂荡于天际。