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嫦娥三号乘坐大号“座椅”奔赴月球

2013年12月05日00:00    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

在运载火箭发射卫星的过程中,当卫星与火箭成功解锁分离后,卫星就能完美进入预定轨道。在此之前,固定并承载卫星的部件叫做卫星适配器,俗称“卫星支架”,技术人员形象地将它称为卫星上天之旅的“座椅”。在搭载“嫦娥三号”的长征三号乙运载火箭上,就有中国航天科技集团公司的中国运载火箭技术研究院技术人员精心打造的这样一个舒适、耐用的“座椅”,这一座椅有两个特点,一个是“轻”,还有一个就是“大”。

说到搭载“嫦娥三号”的卫星支架特别轻,主要是有效载荷的要求。由于卫星支架处于火箭的上面级,因此,它的结构重量将直接影响火箭的有效载荷,在结构上每减轻1公斤就相当于增加1公斤的有效载荷。为减轻结构重量,研究院的技术人员在“嫦娥三号”的卫星支架上采用了高性能碳纤维面板中间夹铝蜂窝的“三明治”结构,这一结构具有轻质、高强的特性,抗变形能力优异,与铝合金结构锻件相比,可减重20-30%,从而大大提高了运载火箭的承载能力,为“嫦娥三号”这一特殊乘客节省了宝贵的重量,技术人员开玩笑地说,有了这个“座椅”,“嫦娥”不用再去刻意“减肥”了。

这一座椅还有一个特点是“大尺寸”。搭载“嫦娥三号”的卫星支架是倒锥形结构,外型看起来像个锥度很小的大圆筒,直径和高度都在1米7左右,是常规卫星支架大小的3倍左右,即使是在打造了上百个卫星支架的航天材料及工艺研究所的技术人员看来,“嫦娥三号”的“座椅”也算得上是个“大家伙”。尽管它的外表看起来只是一件很简单的大黑圆筒,但成型工艺却一点都不简单。为此,技术人员专门为它设计了金属组合模具,模具相当于做蛋糕的“坯子”,不同的是,这个“坯子”能够“一模两用”,既能成型卫星支架的碳纤维面板,又能将分别制作的支架部件组装起来,并将成型的卫星支架脱模。

可别小看这一成型工艺,作为运载火箭与“嫦娥三号”的机械分离系统结构件之一,对卫星支架的强度、刚度和加工精度要求很高,而且这种特殊的结构形式,非常容易造成成型过程中的变形,导致卫星与卫星支架对接时尺寸难以精确匹配,还有可能导致卫星到达目标轨道之后,难以从支架上分离。为此,研究院的技术人员做了大量的技术攻关工作。

由于卫星支架使用的复合材料与金属模具及金属端框的热膨胀系数相差2倍以上,因此,在产品固化成型过程中,两种材料变形量的差异容易导致整体结构变形。针对这一难点,技术人员在卫星支架的组装过程中加垫了材料,使金属模具的直径可调,从而保证在成型固化过程中,复合材料与金属模具尺寸的有效匹配;另外还有一大难点,为了保证金属零件安装的可靠性,内外碳纤维面板均有多个不同形状、大小的局部加厚区,虽要进行局部加厚,但是产品在外形尺寸上不允许有局部凸起,这就需要向面板内部的铝蜂窝夹层下陷,将多出来的面板厚度嵌在铝蜂窝夹层中。由于下陷往往只有不到1mm,精度控制难度很大,对生产操作人员的技术水平和耐心是一个极大的考验。

尽管卫星支架的成型工艺难度大,经验也只有初样阶段一发产品的累积,但在研究院 “能工巧匠”的精心打造下,这一“座椅”已经交付,并已经安装在了搭载“嫦娥三号”的长征三号乙火箭上,等待着“嫦娥三号”这一特殊乘客坐着它,尽情享受奔月之旅。(李艳 张娅婷)

(责编:实习生王檬、马丽)

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