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衛星專家金永德詳解"神舟"飛船上哈工大八大科研成果
2005-10-12 14:20:02 來源:東北網-生活報  作者:劉培香 章海寧
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  東北網哈爾濱10月12日電 哈工大航天學院金永德教授曾從事衛星姿態動力學控制研究,1985年開始籌建哈工大航空館。談到即將發射的『神六』載人飛船,金教授顯得很激動,他拿著神舟號飛船的模型,給記者講述神舟飛船上哈工大的多項科研成果。

  海上應急浮囊為『神舟』號做好准備

  金永德教授說,這次即將發射的神舟六號載人飛船的主著落場設在內蒙古中部的四子王旗境內,在酒泉衛星發射場附近,設一個備用的附著落場。為確保萬無一失,還在海上預備了返回點。如果航天員啟用海上預備返回點,就要使用海上應急浮囊系統,該系統就是由哈工大航天學院復合材料研究所研制的。它為返回艙應急返回到海上時為返回艙提供穩定作用。

  據金教授介紹,哈工大復合材料研究所受總裝備部委托,自2000年就開始了海上應急浮囊救生系統的研制,他們提出了創新的結構設計方案,采用了新型的材料和工藝,保證了浮囊系統在工藝和技術上的可行性、可靠性,而且易於操作、包裝運輸方便。

  機器人檢測為宇航員設計最舒服的服裝

  航天員上天要穿宇航服,這航天服到底是怎麼設計出來的?

  金永德教授說,這離不開哈工大研制的宇航服關節阻尼力矩機器人測試系統。這套系統由哈工大『長江學者』計劃特聘教授劉宏主持研制,這一系統利用測量機器人的測量原理,將多維力力矩的傳感器與測量系統融為一體,可以在不改變宇航服任何結構的狀態下,模擬人類感覺,檢測服裝各關節的靈活性,然後利用三維圖形仿真技術,將整個模型的建立過程及測量過程直觀逼真地反映出來,為宇航服的設計加工提供了可靠的參數,使宇航服的靈活性檢驗一次完成。

  超塑性技術為航天員提供最輕的太空椅

  神舟六號載人飛船,將有兩名航天員上天,飛船系統要求各子系統盡量減少重量並提高質量,對人們不太注意的支橕椅也是這樣。金永德教授說,在支橕椅的研制上,哈工大也作出了重要貢獻。

  太空支橕椅系統由椅盆、椅背、頭靠等3部分組成。3個部件有特定的厚度指標,要求用特殊的材料按一定比例拉薄,並確保拉伸後材料厚度均勻。這對部件的材料成形技術提出了更高的要求。哈工大材料學院張凱鋒教授等專家與北京衛星總裝廠合作,利用超塑性研究的先進技術,科學地解決了支橕椅的難題。超塑性技術采用吹制方式進行材料成形加工,可以對金屬材料進行特殊的拉伸、拉薄。張凱鋒教授進行超塑成形氣壓自動控制的軟硬件研制工作,開發了超塑成形氣動自動控制系統,實現了零件在超塑成形時所用氣壓的智能控制,為航天員提供最輕的太空椅提供了技術保障。

  KM6超大真空容器為飛船模擬太空環境

  金永德教授說,『神五』也好,『神六』也好,在上太空之前,飛船都要在地面上經過『太空模擬環境』的檢驗。『太空模擬環境』需要一個超大真空容器。

  由哈工大研制的KM6超大真空容器排行世界第三,高22.4米,直徑12米,是北京航天城的一個巨人。當時建造的時候,很多人不相信哈工大這樣的教學單位能做得了這種大型的工程項目。哈工大組成多學科的研制隊伍,選擇全國一流的企業、一流的專家隊伍和一流的施工隊伍進行大協作,解決了超大法蘭盤、超大封頭的成形、焊接和大型構件現場精加工等多項技術難關,僅用3年的時間,以最好的質量和最快的速度圓滿完成了這項國家重大科研項目『KM6工程』,KM6的成功,為我國載人飛船的成功發射提供了堅實的保障。

  逐點擠壓焊接為返回艙『整容』

  金永德教授說,返回艙經過大氣層返回地面時,會因摩擦而產生2000多度的高溫,所以必須在返回艙的金屬壓殼外加一層防熱保護層。這個保護層與返回艙的金屬殼體的焊接有個很大的技術難題。傳統的焊接在高溫中產生變形,如果不把變形控制在相當高的精度范圍內,對焊接質量會產生重大影響。哈工大焊接老專家田錫唐教授提出采用『逐點擠壓焊縫法』來控制變形,解決了這一技術難題。田錫唐教授向中國空間技術研究院推薦了焊接專家鍾國柱教授和從事『逐點擠壓矯形法』研究的郭海丁,他們共同設計研制了多用途焊縫逐點擠壓矯形機。在攻關過程中,鍾國柱教授和郭海丁教授應用和發展了焊縫逐點擠壓和風動錘擊矯形法,在很短時間內就成功地把返回艙的尺寸和形狀、精度控制到設計的使用要求,確保了我國『神舟』號飛船能夠順利地按計劃執行發射任務。

  三軸仿真轉臺為神舟鋪個『軌道』

  金永德教授說,『神舟』號飛船屬於低軌道太空飛行器,其近地點離地面200公裡,遠地點離地面343公裡。『神舟』號飛船要想以相當高的精度完成飛行,並在預定地點返回,其控制系統必須經過充分的地面模擬。哈工大王常虹教授帶領的課題組承擔的『OUT型三軸仿真實驗閉式轉臺及其所構成的仿真系統』是地面模擬系統中不可或缺的組成部分,該系統用於飛船進行地面試驗時,與仿真計算機、地球模擬器和太陽模擬器一起構成衛星(飛船)的閉路仿真和測試系統。該系統保證了飛船在軌道上精確運行。

  容錯計算機為神舟安裝『大腦』

  金永德教授介紹,神舟號飛船涉及13個系統,其自動檢測系統是飛船的重要部分。哈工大楊孝宗教授帶領的課題組與航天總設計部合作完成了『載人飛船數據管理分系統主控容錯計算機』是該系統的專用計算機,它具有自檢測、自糾錯的能力,可為飛船提供高可靠性的數據管理。該成果與分系統曾獲國防科學技術一等獎。

  故障診斷系統為神舟配個『醫生』

  『故障診斷』系統是保證飛船在運行過程中及時檢測並排除故障、保證航天員安全的不可缺少的系統。金永德教授說,哈工大動力學與控制研究所黃文虎院士等人提出了飛船『故障診斷』系統的可行性論證方案,包括故障檢測、診斷、隔離和恢復4個過程。飛船上天以後,地面有一個與在軌飛船同步運行的模擬『飛船』系統。當軌道上的飛船發回的信號出現不正常時,地面指揮部通過『故障診斷』系統進行診斷,找出故障源,並在地面同步運行的『飛船』上進行驗證,確認在此故障源下復現所檢測的不正常現象,此時纔能向軌道上的飛船發送指令,按指定的措施啟動飛船上的裝置自動排除故障。整個過程不需要航天員的參與,完全自動化。