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上海硅酸盐所研制的多种材料应用于神舟十一号

发布时间:2019-08-06 05:43编辑:生命科学浏览(178)

    记神舟十一号结构机构及热控分系统团队

    10月17日7时30分,搭载神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,约575秒后神舟十一号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将景海鹏、陈冬2名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。中国科学院上海硅酸盐研究所承担了神舟十一号载人飞船低比值无机热控涂层、耐高温隔热材料与组件、返回舱玻璃防烧蚀污染涂层、姿控发动机包扎、通道照明和舱内仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层、舷窗玻璃及涂层、飞船返回舱天线防热窗,以及“回收一号”探测雷达用微波介质材料、神舟飞船与天宫二号交会对接过程中消杂散光涂层和不锈钢灰色化学转换热控涂层的研制和生产任务。

    神舟飞天翱翔,中华千年梦圆。从神舟一号到神舟十一号,中国航天科技集团五院总体部的结构机构及热控分系统团队,一直致力于为航天员打造舒适安全的“房屋”,在那些为飞船忙碌的日子里,也留下了许多难忘的故事……

    承担研制的神舟十一号载人飞船辐射器用KS-Z热控涂层、耐高温隔热屏、不锈钢箔化学转换热控涂层,主要用于维持整船的温度水平,保证热控分系统、各单机处于热设计的工作温度范围内。

    小“支架”大“难题”

    为神舟十一号载人飞船返回舱研制了舷窗玻璃防烧蚀污染涂层、姿控发动机防热包扎材料等。其中,创新设计研制的舷窗防烧蚀污染涂层,具有自清洁功能,在不影响整船结构、不增加窗体重量的前提下,有效达到了防烧蚀污染的效果。

    在 神舟十一号之前,原来一直使用四台CCD相机进行对接视觉导航,这一次总体临时要改用CRDS相机替代CCD相机,以提高对接导航精度。相机变了,安装位 置和安装支架就要随着改动。可是,轨道舱结构作为先行件,早已完成了壳体结构和CCD相机安装支架的焊接生产,即将进行水压气密实验与组合加工,此时已经 不具备在柱段舱体结构蒙皮上重新焊接新安装支架的条件。而新相机的安装位置、安装方式与原来截然不同,设计约束也很多,原来的安装支架不能直接利用,新的 安装支架又焊不上去,怎么办?这个小小的相机“支架”真是给结构设计师们出了个大“难题”!

    承担了通道照明、舱内仪表等多种载荷表面高辐射热控涂层的研制,有效地降低了神舟飞船内部有效载荷的温度,为电子器件长期、高效地工作起到了关键作用。

    结构设计师们绞尽脑汁,利用原安装支架设计了一个悬臂转接支架,满足了新相机的所有安装约束条件。但模态分析结果出来了,却给设计师们泼了一盆冷水,由于设备质心距离原支架较远,属于悬臂结构,一阶模态不满足技术要求,方案被判“死刑”。

    承担了神舟十一号载人飞船返回舱、轨道舱舷窗玻璃及涂层的研制生产任务。研制的舷窗玻璃及涂层是密封舱体结构的关键部件,具有优异的承压和光学性能,承受窗体在低气压环境的内外压差,同时为空间观察和成像探测提供光学通道,直接关系到航天员的生命安全和飞行任务的完成。

    倍 受“折磨”的设计师们没有气馁,经过缜密的分析,他们决定从加强支架根部的连接刚度入手,另外设计一个盒形件与轨道舱壳体蒙皮胶接在一起,与原支架一起提 供转接支架的安装平面,从而变“悬臂结构”为“稳定结构”。通过模态分析验证,小“支架”带来的大“难题”终于被圆满解决了。

    承担了飞船返回舱天线防热窗的研制生产工作。天线防热窗应用于神舟十一号载人飞船的测控通信系统,在飞船返回舱再入大气的阶段,起到防热耐烧蚀的关键作用,为飞船返回舱天线系统与地面指挥中心的正常通讯提供保障。

    严慎细实保成功

    承担了“回收一号”探测雷达用微波介质材料的研制生产任务。“回收一号”雷达主要用于对神舟系列载人飞船返回舱进行捕捉跟踪及轨道测量。微波介质材料在雷达中起到微波信号传输的重要作用,是雷达系统中的关键元件。

    飞 船火工装置是确保飞船舱段可靠连接、解锁、分离的关键单机。这些产品集中在外协厂进行生产和试验,而外协厂人员变动比较大,存在“新人员”的问题。分系统 在神舟十一号投产前,即派专人与外协厂协调老工人技师对新生产人员的“传帮带”问题,并严格考核持证上岗,在投产前开展生产准备评审,生产过程中派设计师 跟产及时协调解决各种问题,验收时进行100%复测,严格按要求进行验收试验,不放过任何蛛丝马迹。

    此外,上海硅酸盐所研制的光学成像敏感器钛合金光学部件用消杂散光涂层和不锈钢灰色化学转换热控涂层将在神舟飞船与天宫二号的交会对接过程中分别起到保障精准对焦和为姿控发动机提供热防护与热控的作用。

    在神舟十一号之前,防热结构中使用的玻璃空心 微球采用的是俄罗斯进口产品,但该产品突然停产,无奈之下,分系统只能采用另一牌号的俄罗斯进口产品来代替。为此,分系统提早谋划,主动与703所协调, 在投产前期即开展代料可行性的各种工艺与性能试验,通过几十次反复试验,经历了无数次失败,终于制定出采用替代材料制备防热材料的合理配方,验证了其在性 能上能够满足力学、热物理性能等技术条件要求。通过设计师与协作单位的艰辛努力、通力合作,困扰神舟十一号防热结构的“新材料”难题终于迎刃而解。

    据悉,先期随天宫二号发射入轨的综合材料实验装置目前已完成第一批次6支样品实验,材料生长炉温场控制满足实验需求。

    新轨道、新姿态、新挑战

    上述材料及相关载荷的研制为神舟十一号载人飞船的成功发射和在轨实验的顺利展开提供了保障。

    作为载人航天三期工程的第一艘载人飞船,神舟十一号的意义重大,肩负着为空间站任务进行技术验证的重任。相对于前期载人飞船,神舟十一号提高了轨道高度,并且首次停靠飞行一个月,首次进行组合体偏航飞行。新的轨道,新的姿态,都给热控提出新的挑战。

    原 来的设计不适应新的环境了,带来的最大问题是飞船会经历从未经历过的极端高低温工况。比如飞船的重要设备推进剂贮箱耐受不了新的极端高温工况,返回舱则会 经历新的极端低温工况,数十台设备甚至有结露的风险。如何保证设备温度,最大程度的减小风险,并保证研制的进度,成为了摆在热控人前面的难题。

    针对新的极端工况,热控专家对整船温度进行了反复复核,梳理风险点,并提出具体解决方案,进行建模计算。经过不断设计、计算修改,热控分系统完成了推进舱隔热屏涂层和返回舱防结露两项重大技术状态更改,消除了数十台单机的温度风险,有力保障了神州十一号的顺利研制。

    热 控分系统配套五十多台套单机设备,数十种热控辅料,分属多个厂家。由于新要求和新状态,热控分系统涉及分系统技术状态更改两项,还有约一半的单机产品涉及 技术状态更改,更有技术难题还要突破。如此多的新状态,如何控制质量,控制风险,又是摆在热控人前面的一大难题。通过以往的经验总结,并结合产品保证的先 进理论,热控人总结出针对自己的质量保证措施。通过质量把控,在产品交付总体之后的所有测试过程中,均未发生质量问题,有力保障了型号的顺利研制。

    面 对新时期工作量的急剧增加,以前热控七、八个人干一个型号。神舟十一号研制过程中,通过编写和培训热控分系统作业指导书,标注化研制流程,热控专职研制人 员缩减为两人。五十多台套单机的跟产,一百多个强制检验点的确认,数十种热控辅料的交付,几十个工况的建模计算,上百份文件与图纸,还有近两千小时的测 试,这看似不可完成的任务,在载人热控班组团队的支持下,两名热控专职研制人员顺利完成神舟十一号热控分系统研制。

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