天問一號主要由環繞器和著陸器組成,共搭載13種有效載荷,帶著「環繞、著陸、巡視」三項使命奔向火星。在長達9個多月的時間裡,火星環繞器將扮演「太空計程車」、「芭蕾舞伴」等角色,為將著陸器這個「特殊乘客」安全準時送達火星,它練就了強大的「展開」本領。
從「0」到「1」的淬鍊
2017年1月5日23時18分,伴隨著通信技術試驗衛星二號太陽翼在軌成功展開,上海航天八院812所承擔的衛星太陽翼水平展開試驗技術首次實現在軌成功驗證。近年來,812所一直致力於空間機構裝配、展開、測試技術領域的研發,具備了太陽翼、天線、伸展臂等典型機構產品的整星級裝配、展開、測試的軟硬體技術和能力。
時間倒回到2013年6月,當時國內尚沒有太陽翼在軌水平展開試驗成功的案例。「年輕人要保持對技術的敏感性,若能把平時吃飯、休息的時間都用到思考技術問題上,那麼技術突破就快了」,812所總工藝師李志慧經常鼓勵年輕的後輩們。
初生牛犢不怕虎,面對未知領域的挑戰和全新試驗方法帶來的技術風險,812所年輕的研發團隊查閱了檔案室內所有與太陽翼設計、裝配、展開、測試的設計、工藝、工裝圖紙等文件資料,走訪了哈工大、北航等國內多位從事機構展開測試的高校專家,對國內外現有展開測試方法逐項進行研究論證,編制了數十份方案論證報告、仿真計算報告。從方案設計、仿真分析到裝置調試安裝、試驗參數量化,研發團隊開展了複雜多體剛柔耦合動力學仿真、多點多自由度懸掛的多因素分析、系統摩擦力測量及精確補償、瞬時衝擊控制等關鍵技術研究,逐步掌握了該技術的研究脈絡。
在進行初樣星整星級試驗時,團隊發現前後兩次展開試驗時間差異較大,而且某一側的太陽翼鉸鏈無法有效鎖定。頓時,來自各方的壓力、各種質疑的聲音壓得這幫年輕人透不過氣來。「新技術研究不可能是一帆風順的,從哪裡倒下,就從哪裡爬起來」,型號兩總的鼓勵給了研究人員極大的支持和強勁的動力。經過反覆觀看試驗展開錄像,仔細對比兩次試驗參數,對要素影響程度重新進行驗證分析,團隊發現機構初始懸掛高度過高、懸掛質量質心偏差過大、導軌摩擦力過大是導致試驗問題的關鍵。最難啃的骨頭還是單點配平精度對太陽翼鎖定性能的影響,團隊採用控制變量法對15個關鍵參數進行量化控制,先後開展了300餘次的摸底試驗,一次又一次地推倒重來,一次又一次地自我否定,經過數十輪對方案的反覆迭代,終於摸索出了一種「採用多點、多自由度配重懸掛」的方法,有效解決了配平精度對太陽翼鎖定性能的影響,將重力平衡精度控制在幾克級,相比傳統的展開方式,精度提高了幾十克級,更加真實地模擬衛星在軌展開過程,在空間機構展開測試領域取得了突破性進展,為接下來承擔火星環繞器的展開試驗任務奠定了堅實的技術基礎。
從「1」到「N」的升華
火星環繞器安裝有太陽翼、定向天線等共計7大類活動部件,上海航天八院812所承擔了其中6大部件的整星級展開試驗任務。
面對展開機構種類繁多、運動軌跡複雜、技術難度大、力平衡精度高、任務節點緊張等困難,衛星展開團隊敢肯硬骨頭,沉下心來深入研究,經過多輪方案迭代,並邀請專家集中研討,最終僅用兩周時間便完成了器上所有機構的展開方案設計。特別是器上安裝的大口徑大質量定向天線,該天線口徑約2.5m、重量約80kg、展開過程為三維運動,這些產品特性均對天線裝調精度保證、展開運動模擬、運動主動跟隨及重力平衡精度等提出了前所未有的挑戰。展開專業工藝師侯鵬帶領團隊人員日夜奮戰,研究定向天線特性,展開運動學分析,設計吊掛裝置、分析誤差等,圓滿完成了定向天線地面展開試驗任務。
火星環繞器涉及到的展開機構多、研製單位多、狀態流程多,型號主任工藝師張則梅對外主動加強與各研製單位的技術溝通協調,對內積極組織策劃機構展開相關工作。在團隊的共同努力下,812所分別於2017年7月、2019年3月圓滿完成了火星環繞器初樣、正樣6大部件的展開試驗任務。
天問一號的成功發射離不開中國航天人默默地付出,一道道難關地攻破也離不開中國航天人的智慧和奮鬥,是他們奏出的華美樂章讓火星環繞器的舞姿顯得分外妖嬈!
作者 侯鵬