天舟二號發射成功 西安“金牌動力”再立新功
2021-05-31 09:01:14來源:西安新聞網編輯:王菲責編:趙瀅溪

  5月29日20點55分,在中國文昌航天發射場,隨著巨大的轟鳴聲,長征七號遙三運載火箭成功將天舟二號貨運飛船送入預定軌道。此次任務中,航天科技集團六院研製的“金牌動力”再立新功。

  10台發動機確保火箭“心臟”更強大

  長征七號運載火箭有貨運飛船“專屬列車”之稱,是為滿足我國載人空間站工程發射貨運飛船的需求和未來載人運載火箭更新換代的長遠需求,全新研製的新一代高可靠、高安全的中型運載火箭。

  長征七號遙三運載火箭芯一級、助推、二級均採用液氧煤油動力系統,航天科技六院為此次發射提供了6台1200kN液氧煤油發動機和4台180kN液氧煤油發動機,並在天舟二號貨運飛船上使用了25N、120N、150N、490N4種不同推力量級的軌控姿控發動機36台。

  這是長征七號運載火箭的第3次飛行,也是長征系列運載火箭的第371次飛行。在充分繼承遙一、遙二成功飛行發動機技術狀態的基礎上,六院積極應用可靠性增長成果,落實可靠性增長措施,應用了整流裝置鐳射選區熔化成形、高溫合金零件模鍛等先進技術應用。

  經歷過多次重大工程任務的磨礪,談起長征七號,六院液氧煤油發動機總師劉站國信心十足,他介紹説,此次發射任務採用“零窗口發射”,需要預先計算好發射時間,分秒不差地將火箭點火升空,不容許有任何延誤與變更。根據發射場品質確認實施要求,針對涉及發動機的26項工作,制定了相應的品質確認表格。此外,還根據發射場流程精細化表格實施要求,針對發動機相關的操作、檢查要求,共編制了29份崗位作業指導書,納入發射場流程精細化PAD系統,進行表格化確認,確保靶場工作不出現任何失誤,確保産品不帶問題、不留遺憾上天,讓火箭“心臟”更強大。

  飛船發動機讓貨運旅途更順暢

  與神舟載人飛船不同,天舟二號貨運飛船隻運貨、不送人, 由貨物艙、推進艙兩個艙段組成,攜帶了多人多天的生活物資,包括空氣、食物和出艙航天服,以及大量推進劑和空間站實驗設備,為空間站提供推進劑補加和軌道維持等服務,被稱為“快遞小哥”。天舟二號在軌飛行期間,航天員將乘坐神舟飛船進駐我國空間站天和核心艙,進入到貨運飛船內在太空中體驗一把“拆快遞”的樂趣。

  發射成功後,它將與天和核心艙後端通道對接,並等待神舟十二號的到來,後者將與天和核心艙前端節點艙前向對介面對接,首批3名航天員進駐天宮空間站的駐留時間是3個月,待神舟十二號撤離後,天舟二號將繞飛至節點艙前向對介面對接,目的是驗證節點艙的推進劑在軌補加能力。

  作為飛船的動力源,要將攜帶貨物的天舟二號完美送入與核心艙交會對接的軌道,每台發動機都必須默契配合。從“接收訂單”到“成功交貨”,要想出色完成從“裝貨”“運貨”到“送貨”的物資運輸任務,性能可靠的發動機是整船飛行任務的制勝法寶。

  六院801所承擔的天舟二號貨運飛船推進及補加系統研製項目,主要提供貨運飛船及組合體姿態及軌道機動所需的衝量,併為空間站/空間實驗室在軌補加推進劑,以延長空間站/空間實驗室在軌運行時間,就像我們使用的手機電池電量決定手機的待機時間一樣。

  天舟二號貨運飛船採用純噴氣式姿軌控方案,配置36台姿軌控發動機,其中4台為490N軌控發動機,32台姿控發動機推力分別為150N、120N、25N。在原設計基礎上進一步強化姿軌控動力系統配置,具備空間站全方位對接能力,不論是後向還是前向,或者徑向都可對接,且具備空間站包括所有構型對接任務適應力。不僅具備自主對接能力,還可以與空間站機械臂合作執行準靜態懸停捕獲與輔助對接任務。與空間站對接後天舟二號貨運飛船還可勝任空間站整站軌道抬升任務。

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  航天員的“太空生活”部件西安造

  西安新聞網訊 5月29日20時55分,在中國文昌航天發射場,裝載6.8噸物資的天舟二號貨運飛船由長征七號運載火箭發射升空,它將運送航天員在空間站上所需的生活用品,開展空間科學實驗的物資以及用於天和核心艙補加的推進劑並與天和核心艙交會對接。在此次任務中,位於西安的航天四院為天舟二號貨運飛船及空間站提供了多種重要部件,確保任務的圓滿完成。

  動、靜結構與機構的密封構成了飛船、空間站的艙體結構密封系統,對隔離艙體與外層空間、支撐艙內環境起著至關重要的作用。由於太空條件極其苛刻,長期在軌工作對空間站動、靜結構與機構的密封件使用壽命和性能都提出了更高要求。42所為飛船及空間站提供的所有動、靜結構與機構密封件,可以防止艙外的輻照,耐受空間環境各種嚴苛的考驗,確保航天員的生命安全和艙內儀器儀錶的正常運行。

  42所為航天員艙外航天服專門量身定制的橡膠件包括3類産品,分別是艙外航天服主氣密層、手套橡膠件、連接處密封件。主氣密層涉及肩、肘、臀、膝、踝等多個活動關節,能夠為航天員在太空超低溫條件下靈活出艙活動提供必要的基礎防護;手套橡膠件是航天員艙外航天服手套的重要部件,能夠為航天員進行艙外作業時提供靈活操作功能和必要的防護;連接處密封件能夠耐受空間環境,既確保密封嚴絲合縫,又確保了航天服關節靈活自如。

  二氧化碳吸附藥盤是艙外航天服生命保障系統中的重要部件。航天員身著艙外航天服執行艙外任務時,該藥盤能吸收航天員在航天服內代謝産生的二氧化碳,確保二氧化碳濃度在允許範圍內,從而保障航天員的生命安全和身體健康。此外,42所課題組還為空間站的“太空廁所”研製了大便袋上蓋組件,主要用於空間站航天員日常排泄物的殺菌處理,精心為航天員打造了安全、衛生、舒適的“太空生活”。

  此次天舟二號發射任務中,43所研製的C/C密封環作為長征七號火箭液氧/煤油發動機的關鍵構件,再次不辱使命,為火箭發動機圓滿完成任務提供了保障。

  由44所研製的鉑電阻溫度感測器、測力感測器作為天舟二號貨運飛船密封艙內的測溫及測力元件,發揮著重要作用。其中鉑電阻溫度感測器被應用於低溫鎖櫃內,為鎖櫃內腔溫度監測和控制提供溫度參數;採用了濺射鍍膜技術的測力感測器則被應用於在軌品質測量儀中,為貨物的合理擺放和安全運輸提供重要依據。  

  天舟二號的“太空天路”西安造

  西安新聞網訊 此次發射的天舟二號將與空間站天和核心艙完成對接,成為從地球前往“太空新家”的第一位訪客,併為其提供“送貨”服務。航天科技集團五院西安分院研製了中繼終端和天線網絡,為天舟二號再出征全程護航。

  在天舟二號貨運飛船之前,我國已經成功發射天舟一號貨運飛船並進行了在軌驗證。此次成功發射的天舟二號貨運飛船進入太空後,由西安分院研製的中繼終端在第一時間開機。隨後,中繼終端與天鏈中繼衛星實現“太空握手”,建立星間鏈路,從而搭建從天舟二號中繼終端到中繼衛星再到地面的“太空天路”。

  地面測控人員以此天基測控體制為主,對天舟二號實施在軌飛行控制,通過地面遙測遙控方式,對飛船姿態進行控制,並與地面建立通信聯繫,實現對天舟二號貨運飛船的“遠程駕駛”。

  天舟二號貨運飛船在進入預定軌道後,將與已經在軌運行的空間站天和核心艙在太空進行交會對接。

  通過中繼終端搭建的天基測控通信系統,可以同時實現對天舟二號和空間站天和核心艙的“遠程駕駛”,對兩個飛行器進行同時測控、高速數據傳輸,所建立的星間鏈路可以實時向地面傳輸交會對接畫面等數據,為兩個飛行器的太空交會對接全程提供通信鏈路保障。

  通過搭建“太空天路”,實現對天舟二號的遠程操控,聽起來簡單,但實現起來不僅需要跨越近400公里,還必須在不到一個小時的時間內快速搭建完成,更要確保全程穩定運行,系統複雜性可想而知。

  天舟二號中繼終端與中繼衛星組成的天基測控通信系統是實現“遠程駕駛”的關鍵,中繼終端以及多顆中繼衛星的載荷産品全部由西安分院承擔研製。

  通過中繼終端建立的天基測控通信系統建鏈之後,將地面對天舟二號貨運飛船的測控覆蓋率提高到90%以上,確保天舟二號在絕大部分時間都保持著與地面的實時通信。

  試想一下,如果天舟二號在茫茫太空中找不到對接的目標——空間站天和核心艙,將會怎樣?

  西安分院為天舟二號研製的天線網絡通過提供專門的測控與通信信號傳輸通道,為天舟二號與地面建立高速、暢通無阻的指揮和反饋信息通道,確保任務順利完成。

  天舟二號已經成功進入太空,西安分院研製的中繼終端和天線網絡將全程護航,確保天舟二號“精準送貨”。

  天舟二號的“神經中樞”西安造

  西安新聞網訊 5月29日,天舟二號發射任務圓滿完成。位於西安的航天科技集團九院771所承擔的數管分系統中央單元是天舟二號貨運飛船數管分系統的關鍵單機,相當於貨運飛船的“神經中樞”。在飛船飛行過程中,通過系統總線,完成對數管分系統及其他分系統設備的控制和管理,實現各類數據及指令的存儲、控制、處理和轉發,具備故障工作/故障安全的能力。

  771所在本次任務中配套的三維封裝疊層記憶體是空間飛行器信息系統的關鍵元器件之一,用於大容量數據存儲和交換,與處理器共同構成各級控制和信息處理系統的大腦。

  三維封裝疊層記憶體採用PoP(Package on Package)技術,實現對單片記憶體的三維集成和立體互連,在提升存儲密度的基礎上,將體積縮小了60%以上,是國內首款在軌飛行的三維記憶體模組,高可靠領域唯一大規模應用的三維集成技術和産品。

  配套的100V高壓輸入抗輻照DC/DC變換器和配套EMI濾波器系列電源管理電路,其主要功能是將一次電源産生的母線電壓進行隔離並轉換成各載荷所需的二次電壓,為天舟二號提供高可靠電源供給,保證天舟二號穩定工作。在研製過程中突破了多項關鍵技術,自主定義、開發了PWM控制器、抗輻照VDMOS管等核心晶片,實現了抗輻照DC/DC變換器的全國産化設計、製造,技術達到國際先進水準。

  配套的抗輻照模擬積體電路,包括抗輻照大電流低壓差線性電源、抗輻照高精度運算放大器兩個系列,完全滿足航天任務的空間用抗輻射、高性能、高可靠、長壽命和自主可控國産化的要求。其中電源系列是整機元器件穩定工作的“動力源泉”,高精度的運算放大器則是整機中模擬信號處理的核心部件,為重點型號的成功發射和宇宙空間中的穩定工作,提供了強有力的保障。 

  “長七”遙三火箭的“大腦”西安造

  西安新聞網訊 此次長征七號遙三運載火箭的“大腦”等關鍵部件均來自航天科技集團九院771所。

  箭載計算機可謂是“長七”的最強“大腦”,771所已實現100%全國産化。在“長七”火箭箭載計算機的配套研製過程中,771所緊密依託該所半導體積體電路和混合電路專業,將所産SOC、1553總線控制器、DC/DC模組、驅動介面電路、線性穩壓器、光電器件等所産電路首次應用於運載火箭箭載計算機,使“長七”的箭機國産化率提升至100%。

  “長七”火箭箭載計算機在傳統三模冗余設計的基礎上實現了指令級同步技術,可以將三機大腦發出的指令之間的誤差由原本的微秒級降低至納秒級,精度提高了至少三個數量級,實現大腦更加精準的控制。

  771所為“長七”地面測控系統配套了箭地通信計算機、PXI測試計算機以及光纖慣組信號採集處理系統等産品,時刻監測火箭控制設備的“身體狀況”。

  箭地通信計算機用於火箭發射前檢測箭上設備狀態,確保火箭發射前狀態正常。PXI系統作為主流的自動化測量與控制應用平臺,PXI測試計算機實現了PXI測控系統在軍用地面加固計算機的應用,為長征七號數據測量和實時控制提供高性能硬體平臺。

  光纖速率陀螺如同人的“小腦”,主要用來辨認火箭方向,控制火箭姿態。陀螺的體檢狀態由地面及光纖慣組信號採集處理系統來操作,通過對陀螺數據的採集分析,實時檢測陀螺的工作狀態,為火箭的正常運行發揮著重要作用。(西安報業全媒體記者 關穎)

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