English | 繁體中文 | 邮箱 | 网站地图
您当前的位置: 威尼斯   →   科技创新   →   产学研动态 →  正文
产学研联手共推新型空间充气展开结构产业化
来源:中国航天报     日期:2013年07月18日    字体:【】【】【

  近日,搭载在新技术试验一号卫星上的充气式重力梯度杆成功完成了在轨充气展开和成像试验,这是我国首次在轨开展的空间充气展开结构技术试验,标志着我国充气展开空间结构具备了初步工程化的能力。

  其中重力梯度杆的重要组成部分——充气伸展臂是一种新型空间充气展开结构
,由中国威尼斯平台登录公司五院508所与哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)联合开发研制,该产品不仅使我国在该领域的研制能力达到国际水平,同时也成为企校“产、学、研”合作模式的成功典范。

  瞄准前沿方向

  充气伸展臂是一种以柔性复合材料构建的新型空间结构,可折叠包装发射,入
轨后通过充气驱动展开,并进一步进行结构钢化,形成空间结构。

  研制人员介绍,充气结构在生活中司空见惯,大到商场门前的充气拱形门、大
型充气玩偶,小到游泳圈。

  但受环境等工程因素制约,要在太空中实现应用就要复杂得多。与传统空间结
构相比,充气展开结构具有折叠包装效率高、发射体积小、重量轻、发射费用低、充气展开方式容易实施、研制和生产成本低、可靠性高等优势,而且材料和结构具有良好的可设计性和空间环境适应性。

  国际上,空间充气展开结构的应用始于1960年,一只直径30米的气球卫星成功
完成了图片传输任务,从而证明了空间充气展开结构的可行性和实用性。

  2010年6月,508所申请的“充气式重力梯度杆”被确定成为新技术验证一号卫
星上的搭载产品。

  为推进“充气式重力梯度杆”的研制,508所再次携手“老合作伙伴”哈工大
。哈工大同508所合作由来已久,2010年到2011年,双方合作攻克了大口径碳化硅反射镜镜坯制备技术,目前多种类型的碳化硅反射镜已经成功应用到508所主流遥感型号上,产品运行状态良好。仅2012年,双方就高精度二维转台研制、大型真空调试平台研制、中继光学系统加工等8个项目进行了合作。

  小项目带来大收获

  根据各自的优势,哈工大负责方案阶段的理论技术,从纸面到实物的工程化由
508所承担。这种传统的产学研合作模式让分工看起来条理清晰,但在实际操作中,由于前期哈工大对充气伸展臂地面样机所做的模拟试验主要是在地面环境下开展的,而要实现在轨试验必须按照航天产品的要求开展规定的系列试验与验证。在哈工大的配合下,508所与哈工大实现了充气伸展臂产品的工程化研制要求,通过了微重力、高低温、真空等空间条件的复杂考验。

  由柔性材料制成的充气伸展臂长3米,充气前折叠包装成蜷曲状,但这种结构
难以承受火箭升空过程中力学环境的考验。“火箭是一个运输工具,如果产品都不能经受住入轨过程中可能出现的各种考验,到了太空也没有用。”该所充气伸展臂项目技术负责人王伟志说。经过对多个方案进行分析、比较和试验,508所最终采用铝制蜂窝设计出了填充块辅助包装,有效解决了柔性材料经过振动可能出现的松散问题,确保了充气伸展臂的可靠包装。这种方法也为空间充气柔性展开结构的包装提出了一种解决思路,508所也为此申请了相关的专利。

  还有一道“坎”让人记忆犹新,这道“坎”耗费了技术人员近半年的时间。
管臂在充气展开后需要一些硬度材料辅助支撑,研制人员称这种装置为“增强条”。哈工大在前期选择的是在管臂内部放置一条钢卷尺,展平的钢卷尺有一定硬度,可以为充气结构提供一定的支撑。但金属材料会影响航天器的磁场,而“剩磁”是航天产品研制中的一项重要指标,那么就要选择一种磁指标合适的增强条。经过双方大量的试验,由复合材料研制而成的纤维弹性片可以满足“苛刻”的航天标准,并被确定为最终方案。

  在研制过程中,508所还凭借丰富的工程经验确定了充气伸展臂在空间展开
的速度、气密性等关键技术要求,攻克了柔性材料包装与抗振设计、空间充气结构小漏率粘结工艺技术等一系列技术难题。

    一个不太起眼的充气伸展臂项目完成后,双方合计申请了5项专利。王伟志
说:“这些是在工程研制过程中‘催生’的专利,依据理论基础、开展了大量的实验验证,也经历了在轨考核,充分发挥了技术专利应有的功能。”

  未来应用大有可为

  在研制过程中,双方都看准了充气展开结构未来广阔的应用前景,自主投入
资金开展项目研制。为了推动这项技术尽快通过空间验证,508所与哈工大发挥各自核心技术强项,采用优势互补的策略,联手研制共同开发,在较短的时间内将各自的资源融合在一起,最终实现了“1+1>2”的共赢。

  在轨验证成功只是第一步,充气展开机构在航天器上的应用还大有可为。王
伟志介绍说,充气伸展臂就好比是一块“砖头”,将来盖成什么的“房子”,由航天器的具体应用决定,比如擎着一台相机的勇气号火星探测器,那只“手臂”就可以使用充气伸展臂来实现。  在可预见的未来,由于简易、经济、便于运输,充气展开机构在遥感相机、深空天线、地球辐射计、雷达、聚焦器、空间望远镜、太阳防护罩、太阳电池阵以及航天器吊杆等方面具有广泛的应用前景。(杨艳 王伟志)

  

联系我们
电话:010-68767492
传真:010-68372291
地址:北京市海淀区阜成路16号
邮编:100048
信访邮箱:xinfang@spacechina.com
监事会邮箱:jianshihui@spacechina.com
中国威尼斯平台登录
官方微信
中国威尼斯平台登录
新浪微博
XML 地图 | Sitemap 地图