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智造问天 | 问天实验舱这么大,是怎么造出来的

时间:2022年07月27日 信息来源:本站原创 点击:438 字体:

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2022年7月24日,中国空间站问天实验舱成功发射。问天实验舱舱体总长17.88米,直径4.2米,发射重量23吨,相关指标比天和核心舱还要高,可谓更“强”更“壮”。制造这样的“大个子”,对中国航天实力是极大的考验。

 

529厂是我国卫星、飞船研制的重要单位,也是空间站舱段结构的主要研制单位,已经完成了天和核心舱的研制任务。建造问天实验舱,挑战更多、难度更大,工艺技术人员凭借技术创新开展了顽强的冲锋,不仅创新突破了工艺瓶颈,研发了系列关键技术,保证了问天实验舱按节点高质量交付。

 

双筋皆修 ,虚实结合

 

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问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱三部分组成。其中,气闸舱肩负着长寿命及多种设备安装的使命,对重要承力结构件的要求很高。经过论证,决定采用承力能力更高的内外双筋壁板结构。

 

与常规的外置筋壁板不同,内外双筋壁板需要在其内圆柱面上增加内置筋。这一操作的成形实施难度很大,而且成形缺陷、成形精度难以控制,稍有不慎即会出错。

 

从单筋到双筋,难度不仅仅是翻倍。外筋在外面,看得见、好操作;内筋在圆柱面内部,不仅不好操作,还要浑然一体、要求很高。研制人员开展了大量论证,进行了持续的数值仿真和试验验证。经过反复分析测试,设计了这样一种模具,先分、再拼,过程中压弯、成形。这种模具设计过程中,又出现了新的难题:内置筋的压弯成形轨迹是怎样的?工艺参数怎么设定?……这些问题以前从未遇到过,是必须啃下的硬骨头。

 

大家沉着冷静,开展了大量的缜密计算与论证试验,终于得出了优化的压弯成形轨迹,设定了合理的成形路径和压弯工艺参数。模具搞出来了,内外双筋壁板一次精密成形,满足了设计需求。

 

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问天实验舱中的工作舱舱段近10米长,是我国目前为止最大的载人密封航天器舱体。为了保证舱外安装载荷的正常工作,舱外72个设备支架的接口精度要求特别高。但正是因为“个子大”,舱体结构上的精密接口尺寸受温度的影响被放大了,导致支架装调过程中测量误差大。与此同时,当前大型舱体研制使用的厂房空间大,产品研制周期长,实现厂房长时间恒定温度环境的难度很大。

 

为此,工艺人员集思广益,巧妙提出了一种虚拟恒温测量方法,依靠数学矩阵计算原理,通过将大尺寸调测转变为小范围精测,化繁为简、变大为小,得到从“实际到虚拟”的温度补偿值,从而将易受温度影响的测量环节可靠且稳定,最终保证了支架装配的高精度,成功为问天舱这个大体格雕琢出一个身形精准的外形,顺利保证了问天舱舱外载荷的高可靠工作。


以柔化刚,随心而动

 

问天实验舱舱体有一个为航天员出舱使用的舱门,舱门的门框是由焊接的工艺方式连接的,是典型的空间曲线焊缝,要求焊接变形小、质量高,以便于后续安装舱门时的顺畅和航天员在空间站中使用便利。

 

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从平面到空间、从直线变曲线,焊接难度也呈指数级增加,对于此类空间曲线焊缝的焊接,在以往型号研制过程中均采用手工的方式来完成,而问天舱产品焊接厚度增加到了5mm,技能人员手工焊接时需要一层一层地焊,热量输入大、产品尺寸不易把握,焊接后的结构应力大,无法满足空间站长期在轨运行的高可靠要求。


怎么办?工艺人员反复研究,只有一条路可走,那就是空间曲线自动化焊接。针对这个新技术,工艺人员夜以继日的攻关、测试,设计了可柔性变化的焊接工装,以柔化刚、借力打力,既满足了自动化焊接的功能,又保证了空间曲线轨迹的可靠连接,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。


问天实验舱的舱壁加热管路可谓是舱体的太空防护衣,是贴合舱体内壁的温控层,将确保航天员们在问天舱中一直是适宜的温度。问天舱结构的增大,对舱壁加热管路的研制提出了新的挑战:大空间代表了加热管路的数量进一步增加,管路布局的整体走向且是空间的三维结构,为此加热管路截面设计成了“Ω形”,类似一个圆形加一个平面,其平面与舱体内部的曲面要高度地贴合在一起,以利于温度的灵敏控制。如何实现有效贴合呢?工艺人员充分发挥创造力,创新提出了采用“柔性分区+整体成形”的技术手段,即以管路三维曲面高精度制造,贴合在问天实验舱舱体的内表面上,可谓是“随形而动”,顺利保证了舱壁加热管路的制造需求。

意与形合,质量为纲


所谓“意”,指在航天产品的研制过程中,要时刻保持如履薄冰、如临深渊的质量意识,将“风险识别到位、技术状态控制”始终放在首位。通过“意”的内化,制定空间站问天舱的产品保证计划与流程,全面、有序、规范地开展产品保证工作。


所谓“形”,指依据总体要求,在继承空间站核心舱产品研制经验的基础上,识别问天舱的技术风险与产品保证要素,制定相应的控制措施,建立问天实验舱产品完备的生产基线,全面梳理、细化、量化问天舱产品保证控制要素,并纳入研制流程实施。问天舱研制过程中,充分地将预先验收工作提前进行,及时发现并解决问题,确保产品实物与技术要求一致,无问题零疑点高质量出厂。

 

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意与形合,体现了航天人追求的近乎完美的严苛质量,代表着质量要求的产品保证工作,贯穿着问天舱产品研制的全过程;随着产品保证工作的逐步贯穿、渗透,才将这么复杂的问天舱研制路线清晰地梳理出来。正是由于研制过程精密细致的质量保证工作,问天舱才得以茁壮成长,成功实现了“一次做对、一次做好,一次成功”!

 

通过一系列技术创新和科学管理,通过一次次解决技术难题,航天人成功研制出了问天舱这个空间站中最强壮的大个子。未来的很长的时间里,这个强壮的身影,将会用优异的在轨表现,在太空家园中迎接着来自地球母亲的客人! 



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