火星環繞器的「問天」之路都經歷了什麼?

2020-08-23 中國航天報

伴隨天問一號發射成功的是京、滬、瓊三地的歡呼聲,這也是上海航天歷史上首次在海南文昌基地執行衛星發射任務。火星環繞器的AIT(總裝、集成和試驗)任務主要由上海航天八院812所負責,首次採用京、滬兩地聯合研製模式。接下來我們就來說說火星環繞器在「問天」途中經歷的那些事兒。

仿真試驗:千百次的錘鍊

「實踐是檢驗真理的唯一標準,而試驗是檢驗衛星的有效途徑。」每一顆衛星在升空前都要經過無數次地面仿真模擬試驗,因為衛星難以實施在軌維修,所以地面的仿真試驗顯得尤為重要,必須反覆進行驗證。火星環繞器在初樣研製階段,開展了多次滿載狀態下的振動試驗,模擬發射和在軌主動段環境。實際發射時火星環繞器是與著陸巡視器連接在一起的,為了能夠儘量真實模擬發射主動段力學環境,812所試驗人員專門製備了著陸巡視器配重件,模擬其外形、機械接口、質量特性及力學特性,是實實在在的仿真演練,必須做到與設計給定的環境條件分毫不差。

火星環繞器很重很胖,測點、通道、工況多,試驗時間跨度長,與振動臺連接狀態需按要求不斷調整,僅初樣期間的一次振動測試,其加速度和應變測量通道就高達372個。超大型振動臺設備龐大複雜、緊固部件多,且具有安裝精度要求高等特點,使得其變換方向所用時間比小型振動臺多出數倍。據812所試驗中心副主任張利介紹,為了確保試驗成功,試驗人員在試驗前、試驗中、試驗後都嚴格檢查產品狀態,質量控制、安全控制一個環節也不能少。尤其在試驗過程中工況切換時,產品外觀、緊固件、試驗設備、試驗數據、試驗結果都要進行檢查確認,試驗人員把「嚴慎細實」要求貫穿於詳細記錄每一個步驟、反覆確認每一個結果、認真填寫每一張表格之中,不放過任何一個細節。細節彰顯品質,細節決定成敗,精細不只是說說而已,它時刻烙印在812所每一位試驗人員的心中,體現在每一次的試驗操作中。

天線展開:環繞器的感官神經

火箭載著火星探測器飛行約37分鐘後,便迎來了星箭分離的重要時刻。此時,火星環繞器的太陽翼和各類天線便逐步啟動展開模式。火星環繞器共有7個種類12個活動部件,據主任工藝師張則梅介紹,火星環繞器是首個所有機構展開均為812所獨立自主承擔的型號,首次獨挑大梁,火星探測任務又是國家重點工程,整個團隊壓力空前。

據總裝主崗王利民介紹,火星環繞器活動機構和天線展開不僅多,而且都很長,最長的高增益定向天線長達2.5米,安裝時需要摺疊六次,這也成為環繞器總裝過程中最難啃的一塊骨頭。在火星環繞器的AIT初樣階段,試驗過程中發現了天線展開後無法正常合攏的問題,主要原因是精度不夠。總裝團隊立即緊張行動起來,再次覆核數據、優化軟體算法,量身定製工裝,從早到晚忙碌不停,不解決問題決不罷休。經過一個星期的攻關,團隊終於解決了這個難題,大家緊鎖的眉頭再次展開。經過初正樣多次裝配驗證,平衡精度達到了萬分之五。據型號調度王克寒介紹,環繞器的天線長,為保護其在展開後不受損壞,在天線安裝過程中,操作人員從不停歇,一站就是一整天,甚至通宵達旦。他們小心翼翼地保護著產品,就像呵護自家的孩子,火星環繞器也從一個個零部件逐步成長為「國之重器」。

為環繞器穿衣:冰火兩重天的考驗

火星探測器發射後歷經9個月的長途旅行才能抵達火星。火星最低溫度為零下140攝氏度,為了確保火星環繞器在低溫下正常工作,對它的「著裝」要求非常嚴格。這件低溫下穿的「衣服」被稱為熱控隔熱組件,業內稱低溫多層,均採用自動縫紉工具機及裁割機完成。火星環繞器的艙體結構大,它的「衣服」面積達到了30平方米,是上海航天歷史上體表面積最大的衛星產品,而一般衛星的「衣服」面積僅約15平方米。

火星環繞器使用的是目前國內最大的SAST9000平臺,安裝了3000N的大推力發動機,發動機工作時溫度可達上千攝氏度。這對發動機附近的溫度防護提出了很高的要求。負責衛星熱控實施的工藝師蔣諶立介紹說,中高溫多層使用的是不鏽鋼箔及鋁箔,邊緣鋒利,加工及安裝難度非常大,極易割傷操作人員。為了保證操作安全,安裝前,操作人員需穿戴防護服、防割手套和護目鏡,先在多層標註安裝孔位置進行預裝,逐個打好孔後再用不鏽鋼絲穿套安裝。操作人員宛如工藝大師在精心雕琢著「藝術品」,每一個角度、每一個縫隙都分毫不差。他們都有一顆匠心,或許「大國工匠」、「上海工匠」就是這樣練成的。

火星環繞器還裝有2.5m口徑的定向天線,這是上海航天八院目前最大口徑的天線。天線整體需要包覆鍺膜,由於整體面積過大,鍺膜材質偏脆,安裝過程中極易導致鍺膜破損。工藝人員將定向天線鍺膜按照結構分為13塊模板,器下按照模板逐一加工並安裝,最後再兩兩搭接保證它的導電性能。操作人員變身成一個個手藝精湛的「裁縫」,為環繞器量身定製了一套「衣裳」。測量、加工、安裝,檢測,每一步都展現了航天人的周到細緻和安全可靠。

三地輾轉:海陸空聯合運輸

火星環繞器首次由京滬兩地聯合研製,期間多次到海南文昌發射基地開展合練,出現了上海航天歷史上首次海陸空聯合運輸,輪船上、火車上、汽車上、飛機上都有它的身影,而八院812所自主研製的運輸監測系統則實時為它保駕護航。

因為聯合研製的地域原因,火星環繞器在3年時間裡輾轉於上海、北京和海南,每一次裝箱、每一次裝車、每一次卸車、每一次開箱、每一次押運都嚴格按既定計劃進行,在繁瑣的往復中各環節有條不紊地緊密銜接,為整個研製任務的進程提供了最安全的保障。大家印象最深刻的是火星環繞器正樣運往北京聯合研製的運輸經歷:2019年4月14日,正樣產品在由八院型號指揮、八院運保部、812所、509所、武警官兵、交警等組成的押運隊伍的護送下趕赴北京。由於環繞器體積大,經歷了辦理超寬證、拆除高速收費站地樁障礙物等一系列繁瑣工作,用時整整3天,確保了火星環繞器正樣產品毫髮無傷地運抵北京。

火星與地球間最近的距離為5500萬公裡。在一代代中國航天人的努力下,在數個「首次」的加持下,火星變得不再遙不可及。這註定是一段不同尋常的旅程,中國航天正在一步一個腳印地向著實現航天夢前進。火星,我們來了!


作者:姜林

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