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“天宮一號”的資源艙和太陽電池翼,是上海航天人的力作。昨天,本報記者在酒泉衛星發射中心專訪了中國航天科技集團公司上海航天技術研究院飛船系統副總設計師查學雷,請他詳解技術新難點。
鋁鋰合金使資源艙輕了20公斤
重量,對航天器來說是首要指標。發射天宮一號的長征二號T火箭運載能力爲8.6噸,也就是說,天宮一號不能超過這個分量。爲了使資源艙“輕些、再輕些”,上海航天人整整花了3年時間,終於讓它輕了20公斤。這對以“克”爲計量單位的航天器來說,意義非凡。
查學雷介紹,給資源艙“減肥”的辦法是,採用最輕的鋁合金——鋁鋰合金,這也是鋁鋰合金首次在航天器上大規模使用。但是,鋁鋰合金有一個最大的弱點是比較脆,有裂紋傾向,不容易加工。上海航天人從2003年啓動攻關項目,經過試製、熱處理試驗、報廢、再試製、再試驗……無數次試驗之後,直到2006年,終於攻克鋁鋰合金在工藝應用上的難關。
佈置設備像“螺螄殼裏做道場”
在天宮一號資源艙有限的空間內,要把幾百臺設備佈置好,保證滿足它在飛行時各方面的要求,必須“螺螄殼裏做道場”。
這給研製者提出許多難題。以控制目標飛行器姿態的核心部件“陀螺”爲例。資源艙內一共要裝6個陀螺,每個重45公斤。在此次天宮一號與神舟八號交會對接任務中,目標飛行器姿態的控制極爲重要,對陀螺安裝的精度要求非常高,精度差了一點,姿態控制就會偏得很遠,不能達到預期的姿態,直接影響對接。
陀螺分量太重,調整起來難度大,而且它又要安裝在資源艙內,無法用經緯儀直接測量,這讓科研人員十分頭痛。最後,專家們想了一個辦法,在陀螺上做了一個轉接裝置,先把轉接裝置上的精度測出來,再測量轉接裝置的精度和對艙體的基準精度,然後再加以轉化,得出陀螺相對艙體基準的安裝精度。簡言之,就好像解數學題時,加了一道“輔助線”。這個方法說起來容易,做起來難,加了轉接裝置後,誤差損失加大,另外,這個裝置能不能經過力學試驗的考覈、其本身的精度會不會發生偏離,都要經過多次試驗才能成功。
中低軌道航天器最複雜的太陽翼
天宮一號身上有一對“翅膀”——8片摺疊式太陽能電池板,這是中國中低軌道航天器最複雜的太陽翼設計,也是上海航天技術此次要向世界展示的技術新難點。
難在何處?查學雷透露,天宮一號上的太陽電池翼,要滿足天宮一號在低軌道運行2年的要求,關鍵是保證電池壽命。在高軌道運行的衛星,壽命長的能達到15年,它圍繞地球運轉,一年也轉不了幾圈,這樣一來,它接受太陽光照射的時間長,被地球遮擋、處於陰影區的時間就短,電池的充放次數少,性能衰減就慢。而天宮一號處於軌道高度350公里的低軌道上,一天就繞地球飛15圈,不斷在日照區和陰影區交替,充電週期特別多,性能衰減非常厲害。科研人員多次進行充放電和電池壽命試驗,以尋找最佳解決方案。
此外,太空空間環境比地面環境差,高溫與低溫交替、輻照強度大,電池壽命的研製難度更高,且天宮一號的功率需求比以往航天器要求更高,所以採用了氫鎳電池。
特派記者姜燕
(本報酒泉今日電)