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【科技日报】24小时太阳能不间断 问天实验舱背后的科技力量

科技日报作者 : 雍 黎

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摘要
7月25日10时03分,神舟十四号航天员乘组成功开启问天实验舱舱门,顺利进入问天实验舱,这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。问天实验舱是我国空间站中最大的单体舱段,它的建造攻克了哪些技术难点,它的能量供给背后又有哪些科技支撑?科技日报记者从重庆市科技局获悉,问天实验舱的建造和阿尔法对日定向驱动机构背后都有重庆科研成果的支撑。

7月25日10时03分,神舟十四号航天员乘组成功开启问天实验舱舱门,顺利进入问天实验舱,这是中国航天员首次在轨进入科学实验舱。问天实验舱是我国空间站中最大的单体舱段,它的建造攻克了哪些技术难点,它的能量供给背后又有哪些科技支撑?科技日报记者从重庆市科技局获悉,问天实验舱的建造和阿尔法对日定向驱动机构背后都有重庆科研成果的支撑。

对构齿轮传动,让太阳翼不错过每一道阳光

为了保证空间站源源不断的能量供给,问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼,单翼全展开状态下长达27米,面积可达138平方米,并且首次采用太阳翼双自由度同时转动,让柔性太阳翼24小时不间断追踪太阳,确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。

问天实验舱在预定轨道上完成姿态调整和系统调试后,其太阳能电池翼的阿尔法对日定向驱动机构将投入使用。阿尔法对日定向驱动机构对构齿轮传动由重庆大学机械传动国家重点实验室自主研发。

“要实现太阳翼24小时不间断追踪太阳,靠的就是对构齿轮传动。”对构齿轮传动的研发者、重庆大学机械传动国家重点实验室陈兵奎教授介绍,这是一种新型齿轮传动,其突出的误差适应能力和较高的承载能力,能够满足太空极端高低温交替变化对阿尔法机构提出的超大空间尺寸形变、高可靠、长寿命等严苛要求。

“它的原理是我们受小时候滚铁环的启发而提出的。”陈兵奎说,团队早于2003年就开展对构齿轮的研究,之后陆续形成了曲线—曲线、曲线—曲面的对构圆柱齿轮、对构锥齿轮等的理论体系,到目前为止,已经获得国际专利3项。而问天实验舱采用的是曲线与曲面的对构齿轮。滚铁环,直走的时候,铁环垂直于地面,而拐弯的时候,铁环与地面倾斜,因此,陈兵奎猜想,曲线与曲面的接触会具有很好的误差适应性。经过深入的研究,他们提出了具有很好误差补偿能力的线面对构齿轮传动。

据了解,陈兵奎教授团队在前期积累的理论研究和工业应用基础上,针对阿尔法机构对构齿轮传动进行了近8年的攻关,攻克了极端工况下对构齿轮设计理论与方法、多物理量作用下对构齿轮数字闭环精密加工与测量、拟实条件下对构齿轮加速疲劳寿命试验技术与装备等多项关键技术,并在上海宇航系统工程研究所、上海航天设备制造总厂、郑州机械研究所等单位的通力合作下,最终完成问天实验舱和梦天实验舱阿尔法机构对构齿轮产品的交付。

攻克多项技术难关,为实验舱锻造出超大规格板材

问天实验舱是我国空间站中最大的单体舱段。这次用于问天实验舱舱壁主体结构建造的5XXX超大规格蒙皮板,具有高冶金质量、高性能和高表面质量等技术要求,构件尺寸大,最大宽幅达到2000毫米以上,材料综合性能要求高,生产难度极大。

面对国外技术垄断、封锁,西南铝业(集团)有限责任公司研发团队克服重重困难,攻克了5XXX合金工业化生产中合金成分精确控制等关键技术,解决了5XXX合金超大规格蒙皮板研制生产中大规格铸锭铸造开裂等生产技术难题,最终批量生产出了具有国际先进水平的5XXX超大规格板材,保证了工程所需。

西南铝为长征五号B遥三运载火箭量身研制的5米环,是目前我国火箭用最大铝合金锻环。2018年,西南铝启动了5米环质量提升工作,相继攻克了锻造轧制变形等多项技术难关,综合性能达到世界先进水平。10米超大型铝合金整体环件的研制成功,更是刷新世界纪录,为我国今后发射重型运载火箭解决了重大关键技术难题。

作为我国航空航天研发用铝合金材料保障核心基地的西南铝,为问天实验舱和长五B遥三运载火箭分别提供了70%以上、60%以上的关键铝合金材料,涵盖锻件、板材、型材、管材等多个大类10多个规格品种。

来源:科技日报