四大技术炼成“太空邮差” 带你认识嫦娥五号轨道器

乐客网 科技 2021-04-07 08:52  来源:科技日报

嫦娥五号探测器由4个部分组成,其中,轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品,是名副其实的“太空邮差”。

       嫦娥五号探测器由4个部分组成,其中,轨道器作为贯穿任务全过程的核心产品,是名副其实的“太空邮差”。
       它将在相距38万公里的地月之间,构建一条太空“物流”通道,既承担地月往返运输的任务,将乘客安全地送往目的地,同时又要在太空中稳妥地完成货品的“接收”“装箱”,将珍贵的月壤投送回蓝色星球。

      “在整个任务过程中,轨道器在轨共有5次分离,6种组合体状态,承担地月往返运输、器间分离、交会对接与样品转移等关键任务,是目前最复杂的空间飞行器之一。”中国航天科技集团八院(以下简称八院)嫦娥五号探测器副总设计师查学雷介绍。
      针对整个任务飞行状态多、器间接口多、工作模式多、技术攻关难、地面验证难等特点,研制团队突破了4项关键技术,炼就了这名“太空邮差”。
      连接分离技术
      连接稳固、分离可靠
      嫦娥五号多器分工合作的状态,造就了探测器在太空中多次分离、组合的变形过程,这在我国航天器中绝无仅有。
      其中,轨道器就拥有5个分离面,既要保证组合状态下器与器连得稳固,同时又要确保分离过程的安全可靠,这是探测器研制的难点之一。
       记者从八院了解到,轨道器摒弃了传统的舱段间包带连接方式,创新采用多点高强度分离螺母进行连接,通过在各分离面配置不同数量的分离螺母以满足舱段间连接强度与刚度要求。同时双作动分离螺母包含两套解锁机构,其中任意一套动作都能确保分离面每一个分离点的可靠分离。
      连接稳固、分离可靠的连接解锁与分离关键技术,成就了嫦娥五号的从容飞天之旅。
      抱爪式对接机构
       对接精度达毫米级
       嫦娥五号在38万公里外实施我国首次月球轨道自动无人交会对接与样品转移,对接机构中的运动位置精度和对中性,是影响样品容器转移的关键。记者从八院获悉,其对接精度要求达到毫米级。
      过去载人航天工程所用弱撞击型周边式对接机构已不适用,八院研制团队创造性地研制出了抱爪式对接机构,配合采用棘爪式转移机构,在自动无人交会对接的同时实现样品容器的自动转移。
      这一技术是世界首创,成就了嫦娥飞天采样返回中极为重要的一环。
      结构轻量化技术
       实现“鸡蛋壳上挂秤砣”
      受探测器整体重量约束的影响,轨道器在具备强大承载能力的同时,还必须身轻如燕。
      为了做到身材比例的完美,轨道器首次使用大承载复杂构型轻量化结构、多次分离复杂构型、多冗余路径复合传力结构、大承载复合材料一体成型插层变厚度承力球冠技术等7项创新技术,结构质量比达到9.6%,真正实现效能最优。
       例如,重量仅有46千克的承力球冠,能够承载3吨重的贮箱,具备30吨的极限承载能力,让“鸡蛋壳上挂秤砣”不再是传说。
      通过积极创新设计,轨道器内有铮铮铁骨,外有完美身材,擎得起飞天梦想,稳得住每个动作。
      分布式综合电子技术
      分区管、易拓展
      轨道器采用分舱段设计,各舱段都有对应的配电管理、热控管理、信息管理需求。如果按照传统的模式进行整器电气设计,需要大量的跨舱段电缆进行信息交互,会对轨道器的重量设计、分离面设计、电缆网设计以及整器总装造成负担。
      为此,研制团队创新提出了分区域管理的分布式综合电子单机设计思想,通过区域划分和整体布局,最大可能地减少穿舱电缆与舱段内硬线连接。
      同时,团队还创新提出整器电气管理的区域化、标准化、模块化设计思想,通过制定一系列标准规范,使得综合电子系统做到从内到外整齐标准,灵活组装、易于拓展,跑得稳软件,传得好信号,点得起火工品,控得住机构。
      目前分布式综合电子技术已在多种飞行器推广应用,走出了一条不同以往的新路。

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