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嫦三探测器热控研制团队:为嫦娥保暖 助嫦娥探月

2013年12月19日16:45    来源:人民网-科技频道    手机看新闻

巡视器要在“水深火热”极度恶劣的环境中生存和工作,热控是关键。为实现中国“嫦娥”在月球上漫步的梦想,中国空间技术研究院总体部热控人面临着前所未有的巨大挑战,他们用行之有效的方法,在月球环境这一陌生的领域里,闯出了自己的一片天地。

挑战月面生存难题

巡视器任务复杂,除了要经历运载火箭发射段、地月转移段和环月段,还将经历动力下降段、两器分离段、月昼工作段、月夜段和昼夜转换段,这些都要求热控分系统必须具备多种工作模式。月球表面的环境极端恶劣,月昼温差大,外热流也将更加复杂和恶劣。此外,月球表面具有与地面和空间不同的力学环境。月球表面的重力加速度为1/6g,航天器上被最广泛应用的高效热控技术——氨轴向槽道热管将无用武之地,而国外飞行过的环路热管两相流技术又不能适应昼夜转换过程。而巡视器则需要在任务周期内多次度过寒冷而漫长的月夜,热控分系统将得不到任何能源供给,巡视器的“月夜生存”问题几乎将总体部热控人逼到了绝境。

为解决嫦娥三号巡视器面临的“剧烈变化热环境”及“月夜无法提供电源供给”的巨大困难和挑战,实现巡视器内仪器设备的温度控制,总体部热控研制团队开始了艰难的攻关。经过大量学习、调研和论证,在该部热控室雄厚的技术基础上,研制团队在热管实验室的两相传热技术研究基础上,开展了1/6g重力辅助两相流体回路的研究工作。从2007年9月开始,经过8个月马不停蹄的攻关论证,他们提出了两相流体回路的方案,并进行了原理性验证;此后,又于2008年5月至2009年11月期间,完全自主的研制开发了月球1/6g重力辅助两相流体回路热传输系统,并通过了嫦娥三号模样阶段试验验证。从2010年11月至今的三年时间里,巡视器热控研制团队完成了初样产品的优化设计和研制,并进行了真空热试验验证,产品的功能和性能很好的满足技术要求。

全球首创热控技术

1/6g重力辅助两相流体回路的方案确定凝聚了总体部热控人的智慧和勇气。论证初期,经过部内各流派设计师的反复讨论、斟酌和思考,最终大胆提出使用1/6g重力辅助两相流体回路解决着陆器和巡视器热控难题的基本方案。而在新产品的开发、研制过程中,热控人更是不断创新进取,奋力攻关,依靠坚持不懈的努力解决了多项重大的技术难题。

1/6g重力辅助两相流体回路系统综合利用月球1/6g的重力场、特殊“热源”、两相流体回路技术,无需能源供给,用一套回路即可实现探测器内所有设备的温度控制,解决了在长达14天的月夜无能源供给情况下仪器的温控难题。利用控制阀实现了两相流体回路的运行/关闭两种工作模式,即高效传热和隔热的功能切换。通过与外协单位紧密合作,突破了不同金属材料间超低热阻安装结构的技术瓶颈,相对常规界面的处理方法,关键部件蒸发器、冷凝器热耦合界面的热阻减少了80%以上。针对月球特殊力学环境,研制人员建立了1/6g重力驱动两相流体回路产品的地面等效模拟方法,提出了两相流体回路的地面验证试验方法,通过降低回路驱动高度、增大储液器截面面积和基于调研基础预留驱动余量的综合处理方法,在通过地面试验后,能够保证巡视器在月球上的工作能力。

重力辅助两相流体回路在嫦娥三号上的应用是全球航天器热控系统设计的首次尝试,是中国航天人一项巧妙而独特的创新设计,作为嫦娥三号着陆器和巡视器的关键技术,该技术的突破性进展为确保着陆器、巡视器研制的顺利开展做出了重要贡献。该技术的研究,还同时推动了国内两相传热技术学科的发展,突破了两相流体回路1/6g分析模拟技术、地面验证试验技术;异种金属材料间超低热阻安装结构技术的突破,带动了国内相关材料加工领域的发展。同时,为在行星表面执行任务的探测器提供了崭新的热控设计思路,解决了深空探测中普遍面临的昼夜转换及夜间休眠热控难题,推动了新型两相流体回路技术及产品自身的成熟与发展,提高了热控技术和产品研制水平,为将来两相流体回路技术在我国航天领域其它型号的广泛应用奠定了良好基础。

能征善战的团队

九霄冷暖君知否?嫦娥不畏广寒宫。在嫦娥三号热控技术攻关的道路上一路过关斩将的研制团队,是一支由30岁左右的设计师构成的年轻团队。多少次,他们为了解决热控难题昼夜作战,调研、讨论、分析、试验,大家一起吃盒饭,一起半夜回家,直到难题被一个个攻克,想法被一个个验证,措施被一个个落实。多少次,他们为了保证产品按期交付来回奔走,协调、跟产、验收、交付,处理技术问题,白天都在工作,夜晚都在行走的车上睡觉。又有多少次,为了忙试验、赶进度,他们彻夜不眠,连续作战,倒休也惦记着工作。他们不仅有坚强的意志,必胜的信念;还有精湛的技术,快速解决问题的能力;一个人战斗,他们是特种兵,集体战斗,他们是主力军,在嫦娥三号热控技术攻关的道路上,他们集中优势兵力,拔掉一个“碉堡”,又扑向下一个“据点”,攻坚克难,干净利索,不留任何隐患。正是这个团队,他们针对新的形式和状态,他们批判地继承;针对前所未有的难题,他们大胆地提出方案,周密地验证,并通过学习和创新,实现 热控技术的又一次飞跃。

随着嫦娥三号任务的圆满成功,总体部热控团队的设计师们紧张忙碌而充实的工作暂时告一段落,想想一起为之所努力付出的,大家会心一笑,其中冷暖自知,但是从每个人的笑容里人们可以发现,他们是幸福的,是欣慰的……

成绩渐渐成为过去,等待他们的将是新一轮更为艰巨的挑战。展望未来,他们将以特有的活力、团结和互补开始新的征程。(庞 丹)                     

(责编:实习生王檬、马丽)

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