让空间站“坐如钟、行如风”的诀窍是什么?

未知 2022-08-07 20:22

让空间站“坐如钟、行如风”的诀窍是什么? 

7月24日,问天实验舱在文昌航天发射场成功发射。问天入列后,当前空间站组合体由天和中心舱、问天实验舱、神舟十四号载人飞船和天舟四号货运飞船组成,本年还将迎接梦天实验舱、天舟五号、神舟十五号接续造访。这个在轨质量达百余吨重的空间站组合体,其姿势操控难度是我国航天飞行使命中史无前例的。“问天之问”第六话,为你回答让空间站“坐如钟、行如风”的诀窍地点!

航天器姿势操控有“神器”?

操控力矩陀螺“显身手”

航天器传统的姿势操控方法是经过RCS姿势操控动力体系(Reaction control system)进行姿势调整,需上行并耗费很多推进剂,效费比极低,不适用于大型航天器的姿势操控。

空间站在日常运转过程中,其姿势受地球高层大气、太阳电磁辐射、引力场等多种因素影响会有所改变,搭载的多项载荷也都有特定的指向需求,尤其是大型柔性太阳翼有动态对日定向要求。

 

△空间站大型柔性太阳翼

因而,空间站的安稳运转需求一个能稳住它的强功能“神器”——操控力矩陀螺。它是航天器姿势操控的惯性履行部件,经过高速旋转的飞轮取得角动量,并经过改变角动量的方向来对外输出力矩。相较RCS姿控体系,它除了零燃料耗费的天然优势,还有对航天器柔性部件干扰最小化的优势,关于大型空间站而言,更是不可或缺的中心技能装备。

 

△操控力矩陀螺

曾是技能开展“绊脚石”!

如今自给自足,自主“智”造

万里穿针,没有它不可;建设空间站,没有它不可;开展快速机动航天器,没有它不可……操控力矩陀螺的技能攻关和产品研发曾是我国空间技能开展遭受的“绊脚石”。1991年,我国开端证明空间实验室和空间站项目,操控力矩陀螺作为“重器”被提了出来,我国人坚信“中心技能是买不来的”,所以在证明伊始便坚定挑选了自给自足。

我国第一台上天的是200Nms(牛·米秒)操控力矩陀螺。2011年成功发射入轨的天宫一号上装备了6台这样的力矩陀螺,其在轨应用成为我国空间机电部件开展的一个里程碑,也使我国成为继美俄后世界上第三个掌握该技能的国家。

 

△200Nms操控力矩陀螺

自天宫一号后,科研团队陆续研发出了角动量规模覆盖0.1Nms到1500Nms的产品,形成了满意我国各类空间飞行器姿势机动与姿势操控需求的全系列操控力矩陀螺产品型谱。较第一代产品,新研发的操控力矩陀螺具有精度高、响应快、寿数长、可靠性高等优点,可满意我国当前各类空间飞行器的姿势操控要求。

空间站使命把操控力矩陀螺在我国航天器上的运用提高到了一个新高度。其他航天器的操控力矩陀螺安装在舱内,作业环境较为单一,而空间站上的操控力矩陀螺需求同时适应舱内、舱外两种作业环境。因为极大的温差和真空度改变等因素,给产品关键部位光滑和整机散热问题带来了很大应战,特别是针对舱外200多度的温差,研发人员有必要进行专门的热控规划,同时对舱内产品开展减振降噪作业,以符合舱内噪声目标要求。

 

△空间站中心舱已安装的6台大型操控力矩陀螺

作为复杂的空间机电类产品,操控力矩陀螺作业环境恶劣、寿数要求长,要求每分钟数千转接连作业多年,在轨发生故障的概率较大。因而,为保证空间站的寿数与可靠性,操控力矩陀螺还需具备在轨替换能力。

我国空间站运用的操控力矩陀螺是现在角动量最大的1500Nms,并采用了两舱“6+6”的装备。其中有6台已安装在中心舱大柱段与小柱段衔接锥面外壁上,另外6台则将安装在问天实验舱。这一装备正是组合体体系级的先进之处,可以融合运用,经过总网络按需重构。

 

△神舟十四号航天员在轨设置操控力矩陀螺

从“绊脚石”变成技能顶峰,操控力矩陀螺系列产品的研发与应用明显提高了我国空间飞行器的姿势机动与姿势安稳操控能力,也推动了我国空间惯性履行机构的快速开展。多个操控力矩陀螺的联合运用,足以助力空间站“坐如钟、行如风”,助力载人航天工程的稳步开展。

 

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