近日，「嫦娥五號」探測器探月任務圓滿完成。探月返回過程中，軌道器、返回器組合體與上升器能否完成交會對接是決定「嫦娥五號」是否可以將月壤帶回地球的關鍵環節之一。為了真實地驗證「精準接，無縫轉」的交會對接和樣品轉移過程，需要在地面開展GNC全物理仿真試驗，而這個試驗就是在天津市微低重力環境模擬技術重點實驗室完成的。近日記者來到位於高新區的天津航天機電設備研究所，探訪這個「將太空環境搬回地球」的實驗室。
走進實驗室，總面積達1200平方米的大型超平支撐平臺吸引了記者的注意。據了解， 平臺本體是由200塊特供的天然濟南青花崗巖拼接而成的，濟南青花崗巖具有抗壓強度高、耐腐蝕等良好的物理特性，是建造大平臺的理想材料，但只在特定區域產出，且產量很少。在設計之初科研人員曾考慮過鑄鐵，但是鑄鐵的平臺維護性較差，手觸、生鏽、除鏽都會破壞平臺的平整度，最終還是選擇了濟南青花崗巖。
「地面交會對接試驗使用的敏感器和執行器都是真實產品，要模擬它們在太空環境中的對接狀態，需要用通過發動機噴嘴噴氣產生的只有數十牛的推力來讓數噸重的模擬器改變軌道和姿態。」 實驗室技術負責人李躍華告訴記者，「為此，研究所研製了總面積達1200平方米，單塊平臺水平度達到2角秒，拼縫高度差達到10微米的大型超平支撐平臺。保證『嫦娥五號』的模擬器在平臺上進行近乎無摩擦的運動，從而驗證探測器交會對接過程中的制導、導航與控制技術。」
除了選材，大型超平支撐平臺在建設時從地基、支撐機構、平臺本體到控制系統和調平系統等多方面都充滿了挑戰。針對天津的地質條件，科研人員採用摩擦樁和高標號水泥澆築的方法，為整個大平臺建設提供了一個穩定的基礎。為了加強設備基礎與支撐調節機構之間的連接貼合性與接觸剛度，科研人員還將高精度的花崗巖墊石澆注在地基內。
地基與平臺之間採用的支撐調節機構是天津航天機電設備研究所具備自主智慧財產權的產品。每塊平臺下方由六套支撐調節機構進行調節，由於三點確定一個平面，因此，其中三根為主支撐，負責調節平臺位姿；三根為輔助支撐，負責增加平臺的支撐剛度，1200根支撐調節機構，保證了開展試驗的模擬器即便在最惡劣工況下仍能順利通過拼接縫。
控制系統是平臺下方1200根支撐調節機構的大腦，負責接收檢測車回傳的平臺水平度數據，並精確計算每個支撐的運行量。天津航天機電設備研究所科研人員設計了基於CANopen總線的分布式控制系統，通過閉環控制，保障了調節精度要求。
要將200塊3米×2米的花崗巖調整到水平度和拼接縫高度滿足試驗參數要求，工作量極其龐大且繁瑣，且數據差之毫厘，謬之千裡。「我們研製了自主巡航的檢測車對整個平臺進行精度測量和自動調平，相比傳統人工檢測與調節，調節時間從1—2個月縮短到24小時，大幅提高了工作效率和支撐平臺的保障能力。」 李躍華告訴記者。
「大型超平支撐平臺」是氣浮式微重力試驗研究的基礎設施，在其上能夠開展大量的試驗研究工作。目前除「嫦娥五號」任務外，該平臺還開展了空間站大型展開機構等十餘項各類型號和創新的試驗任務。未來還將為載人登月、空間編隊飛行、深空探測等重大工程任務提供強有力的支撐。
「大型超平支撐平臺的成功研製使我國徹底告別了手工調試平臺的歷史，氣浮支撐平臺物理仿真一舉躍進世界領先水平。」李躍華表示。後續，天津航天機電設備研究所將不斷迭代發展大型超平支撐平臺技術和低微重力模擬仿真技術，為更多的用戶提供優質的服務。(記者 張璐)