航天科工高精度測量讓交會對接更“溫情”
4月22日中午,天舟一號與天宮二號成功完成首次“溫情”對接。記者從中國航天科工集團公司第三研究院了解到,該院33所研制的石英撓性加速度計不負眾望,對交會對接過程中的所產生的加速度信息進行高精度測量,從而為飛船精準掌握自身姿態變化提供了必要的前提。值得一提的是,這也是該產品繼成功助力神舟系列飛船歷次飛行任務后再次建立功勛。
之所以說是空間交會對接是“溫情”對接,是因為在飛船升空的過程中,最大加速度可達3g以上,而交會對接時的加速度甚至只有μg(微g)量級,這樣的對比就好像你用推動一只螞蟻的力量去推一頭牛,簡直“溫柔”到了骨子里。兩大“硬漢”之間能實現這樣的“溫情”對接,離不開石英撓性加速度計在其中的完美表現。
從“神舟一號”到“神舟七號”,石英撓性加速度計飛船返回艙提供了精確的加速度測量;從“神舟八號”到“神舟十一號”,石英撓性加速度計身兼數職,作為高精度加速度敏感部件的核心器件,為飛船姿態控制、交會對接提供微重力、速度和速度增量等信息精測;在已經完成的嫦娥3號和即將開展的嫦娥5號飛行任務中,它都是不可或缺的重要產品。
在“天舟一號”的太空行程中,石英撓性加速度計兢兢業業的“打了兩份工”,不僅要在3次交會對接中穩住速度、引好方位,還在空間科學實驗平臺——微重力主動隔振平臺關鍵技術的驗證中擔任要職,要對載荷六自由度的空間運動作精確測量。
從1999年初次上陣至今,石英撓性加速度計18年來成功完成十余次飛天任務。從最初的返回艙運用到更高精度的交會對接任務,加速度計的測量精度提升了兩成,而科研人員為此投入的精力卻遠超于此。
據研制人員透露,在此前的任務中,為保證交會對接的高精度測量要求,必須給石英撓性加速度計穿上一套密不透風的“外衣”,防止內部氣體在真空環境下泄漏。在通過對各種膠接劑的性能對比考核試驗、膠接劑的成分配比反復驗證,最終確定“密封外衣”的膠接劑選型和結構設計。為充分保證密封的可靠性,又模擬太空環境,對其進行振動、沖擊、熱循環、熱真空等嚴酷試驗的考核,石英撓性加速度計的“密封外衣”經過千錘百煉終于問世。除了密封問題,設計人員還先后戰勝了長期穩定性等一系列的困難,讓原本就具有國內第一精度的石英撓性加速度計具備“常駐”各類航天器的資本。
此次“天舟一號”的飛行任務,又給石英撓性加速度計提出了更嚴格的可靠性和環境適應性要求,僅穩定性的測試周期就比常規產品多出數倍。為了給“天舟一號”提供最可靠的產品,33所技術人員在8個月的時間里,對產品進行了溫度循環、振動沖擊、低氣壓、離心實驗等苛刻的試驗驗證。主任設計師魏超表示:“溫度循環需要技術人員晝夜接力測試一周以上,精度測試要反復開展20遍以上,我們必須用最嚴苛的手段篩選出綜合性最優的產品來。”
這一做法已經被證實是十分必要且相當奏效的。“同門師兄”在經歷“神舟八號”飛行及交會對接任務后,上面取回的產品復測后,各項指標仍然滿足要求。
建功空天是加速度計的神圣使命,服務民生亦是它應有的擔當。33所以此為基礎開發了大量性能優良的民用產品。其中,地質災害監測預警系統“駐守”京郊33條泥石流溝、甘肅隴南地區13個縣、云南省小龍潭露天煤礦、陜西驪山景區、四川雅安國家地質災害預警示范區、新疆新源山區牧場滑坡監測示范區、北京戒臺寺、重慶南山區頭渡鎮中心小學等地區的地質災害監測預警系統,已經成為當地防災減災的“千里眼”和“順風耳”;大壩變形自動化監測系統在密云水庫安營扎寨,時刻護衛著京區的用水安全;無線隨鉆測量系統和磁性連續測斜儀則在涉及國家能源戰略安全的油田鉆井和測井過程中發揮著作用。33所石英撓性加速度計這個“小暖男”早已把“溫情”送到千家萬戶。
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