天舟二号发射成功 西安“金牌动力”再立新功
来源:西安新闻网  |  2021-05-31 09:01:14

  5月29日20点55分,在中国文昌航天发射场,随着巨大的轰鸣声,长征七号遥三运载火箭成功将天舟二号货运飞船送入预定轨道。此次任务中,航天科技集团六院研制的“金牌动力”再立新功。

  10台发动机确保火箭“心脏”更强大

  长征七号运载火箭有货运飞船“专属列车”之称,是为满足我国载人空间站工程发射货运飞船的需求和未来载人运载火箭更新换代的长远需求,全新研制的新一代高可靠、高安全的中型运载火箭。

  长征七号遥三运载火箭芯一级、助推、二级均采用液氧煤油动力系统,航天科技六院为此次发射提供了6台1200kN液氧煤油发动机和4台180kN液氧煤油发动机,并在天舟二号货运飞船上使用了25N、120N、150N、490N4种不同推力量级的轨控姿控发动机36台。

  这是长征七号运载火箭的第3次飞行,也是长征系列运载火箭的第371次飞行。在充分继承遥一、遥二成功飞行发动机技术状态的基础上,六院积极应用可靠性增长成果,落实可靠性增长措施,应用了整流装置激光选区熔化成形、高温合金零件模锻等先进技术应用。

  经历过多次重大工程任务的磨砺,谈起长征七号,六院液氧煤油发动机总师刘站国信心十足,他介绍说,此次发射任务采用“零窗口发射”,需要预先计算好发射时间,分秒不差地将火箭点火升空,不容许有任何延误与变更。根据发射场质量确认实施要求,针对涉及发动机的26项工作,制定了相应的质量确认表格。此外,还根据发射场流程精细化表格实施要求,针对发动机相关的操作、检查要求,共编制了29份岗位作业指导书,纳入发射场流程精细化PAD系统,进行表格化确认,确保靶场工作不出现任何失误,确保产品不带问题、不留遗憾上天,让火箭“心脏”更强大。

  飞船发动机让货运旅途更顺畅

  与神舟载人飞船不同,天舟二号货运飞船只运货、不送人, 由货物舱、推进舱两个舱段组成,携带了多人多天的生活物资,包括空气、食物和出舱航天服,以及大量推进剂和空间站实验设备,为空间站提供推进剂补加和轨道维持等服务,被称为“快递小哥”。天舟二号在轨飞行期间,航天员将乘坐神舟飞船进驻我国空间站天和核心舱,进入到货运飞船内在太空中体验一把“拆快递”的乐趣。

  发射成功后,它将与天和核心舱后端通道对接,并等待神舟十二号的到来,后者将与天和核心舱前端节点舱前向对接口对接,首批3名航天员进驻天宫空间站的驻留时间是3个月,待神舟十二号撤离后,天舟二号将绕飞至节点舱前向对接口对接,目的是验证节点舱的推进剂在轨补加能力。

  作为飞船的动力源,要将携带货物的天舟二号完美送入与核心舱交会对接的轨道,每台发动机都必须默契配合。从“接收订单”到“成功交货”,要想出色完成从“装货”“运货”到“送货”的物资运输任务,性能可靠的发动机是整船飞行任务的制胜法宝。

  六院801所承担的天舟二号货运飞船推进及补加系统研制项目,主要提供货运飞船及组合体姿态及轨道机动所需的冲量,并为空间站/空间实验室在轨补加推进剂,以延长空间站/空间实验室在轨运行时间,就像我们使用的手机电池电量决定手机的待机时间一样。

  天舟二号货运飞船采用纯喷气式姿轨控方案,配置36台姿轨控发动机,其中4台为490N轨控发动机,32台姿控发动机推力分别为150N、120N、25N。在原设计基础上进一步强化姿轨控动力系统配置,具备空间站全方位对接能力,不论是后向还是前向,或者径向都可对接,且具备空间站包括所有构型对接任务适应力。不仅具备自主对接能力,还可以与空间站机械臂合作执行准静态悬停捕获与辅助对接任务。与空间站对接后天舟二号货运飞船还可胜任空间站整站轨道抬升任务。

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  航天员的“太空生活”部件西安造

  西安新闻网讯 5月29日20时55分,在中国文昌航天发射场,装载6.8吨物资的天舟二号货运飞船由长征七号运载火箭发射升空,它将运送航天员在空间站上所需的生活用品,开展空间科学实验的物资以及用于天和核心舱补加的推进剂并与天和核心舱交会对接。在此次任务中,位于西安的航天四院为天舟二号货运飞船及空间站提供了多种重要部件,确保任务的圆满完成。

  动、静结构与机构的密封构成了飞船、空间站的舱体结构密封系统,对隔离舱体与外层空间、支撑舱内环境起着至关重要的作用。由于太空条件极其苛刻,长期在轨工作对空间站动、静结构与机构的密封件使用寿命和性能都提出了更高要求。42所为飞船及空间站提供的所有动、静结构与机构密封件,可以防止舱外的辐照,耐受空间环境各种严苛的考验,确保航天员的生命安全和舱内仪器仪表的正常运行。

  42所为航天员舱外航天服专门量身定制的橡胶件包括3类产品,分别是舱外航天服主气密层、手套橡胶件、连接处密封件。主气密层涉及肩、肘、臀、膝、踝等多个活动关节,能够为航天员在太空超低温条件下灵活出舱活动提供必要的基础防护;手套橡胶件是航天员舱外航天服手套的重要部件,能够为航天员进行舱外作业时提供灵活操作功能和必要的防护;连接处密封件能够耐受空间环境,既确保密封严丝合缝,又确保了航天服关节灵活自如。

  二氧化碳吸附药盘是舱外航天服生命保障系统中的重要部件。航天员身着舱外航天服执行舱外任务时,该药盘能吸收航天员在航天服内代谢产生的二氧化碳,确保二氧化碳浓度在允许范围内,从而保障航天员的生命安全和身体健康。此外,42所课题组还为空间站的“太空厕所”研制了大便袋上盖组件,主要用于空间站航天员日常排泄物的杀菌处理,精心为航天员打造了安全、卫生、舒适的“太空生活”。

  此次天舟二号发射任务中,43所研制的C/C密封环作为长征七号火箭液氧/煤油发动机的关键构件,再次不辱使命,为火箭发动机圆满完成任务提供了保障。

  由44所研制的铂电阻温度传感器、测力传感器作为天舟二号货运飞船密封舱内的测温及测力元件,发挥着重要作用。其中铂电阻温度传感器被应用于低温锁柜内,为锁柜内腔温度监测和控制提供温度参数;采用了溅射镀膜技术的测力传感器则被应用于在轨质量测量仪中,为货物的合理摆放和安全运输提供重要依据。  

  天舟二号的“太空天路”西安造

  西安新闻网讯 此次发射的天舟二号将与空间站天和核心舱完成对接,成为从地球前往“太空新家”的第一位访客,并为其提供“送货”服务。航天科技集团五院西安分院研制了中继终端和天线网络,为天舟二号再出征全程护航。

  在天舟二号货运飞船之前,我国已经成功发射天舟一号货运飞船并进行了在轨验证。此次成功发射的天舟二号货运飞船进入太空后,由西安分院研制的中继终端在第一时间开机。随后,中继终端与天链中继卫星实现“太空握手”,建立星间链路,从而搭建从天舟二号中继终端到中继卫星再到地面的“太空天路”。

  地面测控人员以此天基测控体制为主,对天舟二号实施在轨飞行控制,通过地面遥测遥控方式,对飞船姿态进行控制,并与地面建立通信联系,实现对天舟二号货运飞船的“远程驾驶”。

  天舟二号货运飞船在进入预定轨道后,将与已经在轨运行的空间站天和核心舱在太空进行交会对接。

  通过中继终端搭建的天基测控通信系统,可以同时实现对天舟二号和空间站天和核心舱的“远程驾驶”,对两个飞行器进行同时测控、高速数据传输,所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面等数据,为两个飞行器的太空交会对接全程提供通信链路保障。

  通过搭建“太空天路”,实现对天舟二号的远程操控,听起来简单,但实现起来不仅需要跨越近400公里,还必须在不到一个小时的时间内快速搭建完成,更要确保全程稳定运行,系统复杂性可想而知。

  天舟二号中继终端与中继卫星组成的天基测控通信系统是实现“远程驾驶”的关键,中继终端以及多颗中继卫星的载荷产品全部由西安分院承担研制。

  通过中继终端建立的天基测控通信系统建链之后,将地面对天舟二号货运飞船的测控覆盖率提高到90%以上,确保天舟二号在绝大部分时间都保持着与地面的实时通信。

  试想一下,如果天舟二号在茫茫太空中找不到对接的目标——空间站天和核心舱,将会怎样?

  西安分院为天舟二号研制的天线网络通过提供专门的测控与通信信号传输通道,为天舟二号与地面建立高速、畅通无阻的指挥和反馈信息通道,确保任务顺利完成。

  天舟二号已经成功进入太空,西安分院研制的中继终端和天线网络将全程护航,确保天舟二号“精准送货”。

  天舟二号的“神经中枢”西安造

  西安新闻网讯 5月29日,天舟二号发射任务圆满完成。位于西安的航天科技集团九院771所承担的数管分系统中央单元是天舟二号货运飞船数管分系统的关键单机,相当于货运飞船的“神经中枢”。在飞船飞行过程中,通过系统总线,完成对数管分系统及其他分系统设备的控制和管理,实现各类数据及指令的存储、控制、处理和转发,具备故障工作/故障安全的能力。

  771所在本次任务中配套的三维封装叠层存储器是空间飞行器信息系统的关键元器件之一,用于大容量数据存储和交换,与处理器共同构成各级控制和信息处理系统的大脑。

  三维封装叠层存储器采用PoP(Package on Package)技术,实现对单片存储器的三维集成和立体互连,在提升存储密度的基础上,将体积缩小了60%以上,是国内首款在轨飞行的三维存储器模块,高可靠领域唯一大规模应用的三维集成技术和产品。

  配套的100V高压输入抗辐照DC/DC变换器和配套EMI滤波器系列电源管理电路,其主要功能是将一次电源产生的母线电压进行隔离并转换成各载荷所需的二次电压,为天舟二号提供高可靠电源供给,保证天舟二号稳定工作。在研制过程中突破了多项关键技术,自主定义、开发了PWM控制器、抗辐照VDMOS管等核心芯片,实现了抗辐照DC/DC变换器的全国产化设计、制造,技术达到国际先进水平。

  配套的抗辐照模拟集成电路,包括抗辐照大电流低压差线性电源、抗辐照高精度运算放大器两个系列,完全满足航天任务的空间用抗辐射、高性能、高可靠、长寿命和自主可控国产化的要求。其中电源系列是整机元器件稳定工作的“动力源泉”,高精度的运算放大器则是整机中模拟信号处理的核心部件,为重点型号的成功发射和宇宙空间中的稳定工作,提供了强有力的保障。 

  “长七”遥三火箭的“大脑”西安造

  西安新闻网讯 此次长征七号遥三运载火箭的“大脑”等关键部件均来自航天科技集团九院771所。

  箭载计算机可谓是“长七”的最强“大脑”,771所已实现100%全国产化。在“长七”火箭箭载计算机的配套研制过程中,771所紧密依托该所半导体集成电路和混合电路专业,将所产SOC、1553总线控制器、DC/DC模块、驱动接口电路、线性稳压器、光电器件等所产电路首次应用于运载火箭箭载计算机,使“长七”的箭机国产化率提升至100%。

  “长七”火箭箭载计算机在传统三模冗余设计的基础上实现了指令级同步技术,可以将三机大脑发出的指令之间的误差由原本的微秒级降低至纳秒级,精度提高了至少三个数量级,实现大脑更加精准的控制。

  771所为“长七”地面测控系统配套了箭地通信计算机、PXI测试计算机以及光纤惯组信号采集处理系统等产品,时刻监测火箭控制设备的“身体状况”。

  箭地通信计算机用于火箭发射前检测箭上设备状态,确保火箭发射前状态正常。PXI系统作为主流的自动化测量与控制应用平台,PXI测试计算机实现了PXI测控系统在军用地面加固计算机的应用,为长征七号数据测量和实时控制提供高性能硬件平台。

  光纤速率陀螺如同人的“小脑”,主要用来辨认火箭方向,控制火箭姿态。陀螺的体检状态由地面及光纤惯组信号采集处理系统来操作,通过对陀螺数据的采集分析,实时检测陀螺的工作状态,为火箭的正常运行发挥着重要作用。(西安报业全媒体记者 关颖)

编辑:王菲
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