为天舟三号“快递小哥”加油,上海航天人高招不断

7月下旬,八院试验队员在天舟三号研制现场工作。颜鹏飞摄 9月20日在北京航天飞行控制中心大屏拍摄的天舟三号货运飞船与在轨运行的空间站组合体交会对接。新华社发(郭中正摄)

为天舟三号“快递小哥”加油,上海航天人高招不断

7月下旬,八院试验队员在天舟三号研制现场工作。颜鹏飞摄

9月20日在北京航天飞行控制中心大屏拍摄的天舟三号货运飞船与在轨运行的空间站组合体交会对接。新华社发(郭中正摄)

北京时间2021年9月20日15时10分,搭载天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭,在我国文昌航天发射场成功发射。中秋佳节之际,天舟三号“快递小哥”节日里加班,满载货物奔赴我国空间站天和核心舱。

在这次任务中,中国航天科技集团八院承担电源分系统、对接机构分系统、推进舱结构与总装、测控通信子系统、总体电路分系统推进舱电缆网的研制工作。飞船入轨后,按照预定程序,于北京时间9月20日22时08分与空间站组合体完成自主快速交会对接。

多带货物,少带燃料

与天舟二号货运飞船相比,天舟三号多携带了25%的货物量。但在天舟三号货运飞船推进舱内,贮存推进剂的贮箱却从8只减少至4只,仅携带了天舟二号一半的燃料。为什么携带更多的货物,却少带了近一半的推进剂?

据八院805所推进舱总装设计师介绍,这是因为天舟二号已经携带了3.5吨燃料,对天和核心舱进行燃料补加。目前看,核心舱所需燃料充足,完全可以保障在轨正常运行。因此,天舟三号为了提高货运飞船单艘飞行任务的工程效益,经过多次论证,决定多带货物,少带燃料。

天舟三号“快递小哥”入轨后,与天和核心舱后向端口进行了6.5小时快速交会对接,对接机构由八院805所研制。由于天和核心舱早已在太空遨游,如何确保对接机构在无法与它做匹配试验的情况下,依然能实现可靠对接?

805所对接机构副主任设计师丁立超说,在这个问题上,设计师采取“互换性设计+工艺件匹配”进行双重保障。在构型方案确定时,要求主动、被动对接机构之间要具备互换性。即任意一个合格的主动对接机构与任意一个合格的被动对接机构,均能良好匹配工作。

为此,设计师识别出重要的多项互换性环节,并对该环节涉及的每一个产品精度设计进行严格把控,涉及数十项共100多个参数。只要生产出来的产品,数据满足指标要求,任意一个主动对接机构和任意一个被动对接机构,都能实现可靠对接。

目前,八院805所不仅承担了核心舱上的用于接受航天器来访的5个被动对接机构,还包括后续两个实验舱、以及空间站运营阶段每一艘飞船的主动对接机构的研制生产工作。

声像俱全,高招不断

八院电子所承担了天舟三号货运飞船测控与通信系统产品的研制工作,涵盖了遥控遥测、数传通信、图像话音、空空通信及高速通信等诸多领域。

“以太网通信”作为空间站组网通信技术支持,在天舟一、二号货运飞船上成功进行在轨验证。电子所负责研制的高速通信处理器,是货运飞船以太网通信的重要组成部分。这一“通信神器”集千兆网络、光纤通信、高速DSP处理技术、网关服务器、高清图像及话音等多项新技术于一身,确保航天员可以享受顺畅天地间视频通话、太空上网、看电视等网络生活。

相比天舟二号,天舟三号搭载了更多的载荷,用户数量和数据流量都将有较大提高。对此,高速通信处理器被赋予了更加灵活的适应能力,可在数据汇聚和分类分发时进行流量控制,既能保证通道带宽的高效利用,也确保在拥塞情况下数据的可靠传输。

在新闻直播中,许多人都亲眼目睹了我国空间站太阳翼帆板,在美丽的地球家园背景下,仿佛大鹏展翅一般,十分壮观。这背后的摄影师,就是八院电子所研制的“太阳翼摄像机”,主要用于观察太阳帆板的展开和在轨运行情况;这位太空摄影师还有一位同行——“舱外交会摄像机”,可实时监测飞船和空间站交会对接过程,就是它把空间站从远至近、直至对接机构锁定的过程,完整细致地展现在全世界观众面前。

在天舟三号上,八院电子所还研制了另外两个“神器”——空空通信机和应答机。空空通信机是空间站和所有飞船交会对接过程重要通信设备。天舟三号的空空通信机,在技术上为两器对接提供了精准的数据保障,其可靠稳定的工作性能,也为飞行器并网飞行期间,提供了天地通信的冗余保障。

应答机是连接天地测控通信的“桥梁”。为了架好天舟三号上这座“隐形桥”,电子所应答机团队在负责人金骏的带领下,开展了射频类单机的“再设计、再分析、再验证”,充分利用天舟一号、二号的成功在轨数据,选取八项关键指标开展深入分析,将航天人的精益求精发挥到了极致。

优化设计,滚动生产

随着天舟三号成功发射,中国空间站的第二位“快递小哥”开始派件。八院811所为这位“快递小哥”提供了充足能量。据811所货运飞船电源分系统主任设计师王振绪介绍,在天舟三号上,研制人员进行了优化设计更改。货运飞船共有6个锂离子蓄电池模块,组成3个机组,每个机组里面安装了模块电压采集电路。研制人员深入分析后发现,如果在轨运行一年,会损失1安时的电池容量。尽管这并不会影响飞船正常运行,但最终还是决定取消该模块电压采集电路。

为进一步提高锂离子蓄电池充电控制的可靠性,研制人员对第三重冗余设计状态下,电压控制区间也进行了优化,以更能适应在轨不同负载条件下的充电控制。

天舟三号“快递小哥”成功发射,还标志着中国航天科技集团八院149厂货运飞船从原先的“单件交付”走向了“生产-总装-测试-发射”滚动式生产模式,这为后续我国空间站工程任务长期驻留打下了坚实基础。

据149厂事业三部副主任汪万桥介绍,在高速运转的总装工作中,149厂根据型号特点开展人员侧重性和全局性发展。让每一个人都能熟悉总装、外场试验的各个环节,从而有效地解决人员紧张和多型号同时研制之间的矛盾,让两者能够如同“双螺旋”一般相辅相成。

在多重技能培养下,149厂一批“90后”“95后”年轻人已经脱颖而出,成为此次天舟三号发射任务的一线生力军。

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