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環球視訊!地鐵車廂般大小 問天實驗艙是如何造出來的?

2022-07-25 05:34:43 科技日報

張霞 樊曉霞 李彩玲 陳袁 王天明 科技日報記者 付毅飛 史詩

7月24日,中國空間站問天實驗艙成功發射。

問天實驗艙集平臺功能與試驗載荷功能于一體,艙體總長17.9米、直徑4.2米,發射重量23噸,相關指標比天和核心艙還要高,塊頭和分量跟北京地鐵13號線一節列車車廂差不多。這個全世界現役在軌最重的單艙主動飛行器,是如何造出來的?


(資料圖)

中國航天科技集團五院529廠是我國衛星、飛船的重要研制基地,也是空間站艙段結構的主要研制單位,天和核心艙研制任務就在這里完成。

建造問天實驗艙,挑戰更多、難度更大,工藝技術人員創新突破了工藝瓶頸,研發了系列關鍵技術,保證了問天實驗艙按節點高質量交付。

從單筋到雙筋,難度不止翻倍

問天實驗艙由工作艙、氣閘艙及資源艙3部分組成。其中,氣閘艙肩負著長壽命及多種設備安裝的使命,對重要承力結構件的要求很高。經過論證,研制人員決定采用承力能力更高的內外雙筋壁板結構。

與常規的外置筋壁板不同,內外雙筋壁板需要在其內圓柱面上增加內置筋。這一操作的成形實施難度很大,而且成形缺陷、成形精度難以控制,稍有不慎即會出錯。

從單筋到雙筋,難度不僅僅是翻倍。外筋在外面,看得見、好操作;內筋在圓柱面內部,不僅不好操作,還要渾然一體、要求很高。

模具的設計至關重要:什么樣的模具可以有效避讓內筋?如何保證雙筋壁板內外兩側的成形精度?另外,內置筋的壓彎成形軌跡是怎樣的?工藝參數怎么設定?這些問題以前從未遇到過。

經過反復分析測試,工藝人員提出這樣一種模具設計:先分、再拼,裝配時避讓開內筋位置,再進行產品的壓彎成形。最終他們得出了優化的壓彎成形軌跡,設定了合理的成形路徑和壓彎工藝參數。模具搞出來了,工藝參數有了,內外雙筋壁板順利實現了精密成形,滿足了設計需求。

空間曲線焊縫,焊接難度指數級增加

問天實驗艙有一個為航天員出艙使用的艙門,艙門的門框由焊接工藝方式連接,是典型的空間曲線焊縫,要求焊接變形小、質量高。

從平面到空間、從直線變曲線,焊接難度也呈指數級增加。

此類空間曲線焊縫的焊接,在以往型號研制過程中均采用手工方式完成,而問天實驗艙產品焊接厚度增加到了5毫米,研制人員手工焊接時需要一層一層地焊,熱量輸入大、產品尺寸不易把握,焊接后結構應力大,無法滿足空間站長期在軌運行的可靠性要求。

唯一的辦法是攻克空間曲線自動化焊接技術。研制人員經過攻關、測試,設計了可柔性變化的焊接工裝,以柔化剛、借力打力,既滿足自動化焊接的功能,又保證空間曲線軌跡的可靠連接,順利完成了密封艙艙門門框的焊接,各項指標均滿足設計要求。

問天實驗艙的艙壁加熱管路可謂艙體太空防護衣,實驗艙結構的增大,意味著加熱管路數量要增加,且管路布局的整體走向呈空間三維結構,為此加熱管路截面被設計成“Ω形”,類似一個圓形加一個平面,其與艙體內部要高度貼合在一起,以利于溫度的靈敏控制。為此研制人員創新提出了“柔性分區+整體成形”的技術手段,即以管路三維曲面高精度制造,貼合于實驗艙艙體的內表面。

(張霞 樊曉霞 李彩玲 陳袁 王天明 記者付毅飛 史詩)

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