北京日?qǐng)?bào)客戶端 | 記者 劉蘇雅 通訊員 李新明 薛倩 董浩 吳東亮 王澤洋

10月31日，長征五號(hào)B遙四運(yùn)載火箭搭載著夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，在中國文昌航天發(fā)射場(chǎng)飛向太空。盡管在奮力沖破地球束縛的發(fā)射過程中，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙要經(jīng)受嚴(yán)酷的振動(dòng)和噪聲環(huán)境的考驗(yàn)，但已在地面順利通過“模擬考”的夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，對(duì)自己的好體格可謂信心滿滿。

太空中的空間環(huán)境極為復(fù)雜。為了在15年的設(shè)計(jì)壽命中，保證空間站在軌運(yùn)行及航天員生命安全，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在出廠前，還在地面環(huán)境模擬容器中通過了真空熱試驗(yàn)的考核。

三艙聯(lián)試

“動(dòng)地”“驚天”當(dāng)考官

為滿足以空間站工程為代表的超大型航天器總裝集成測(cè)試需求，航天科技集團(tuán)五院總裝與環(huán)境工程部建成了世界最大推力的140噸電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)“動(dòng)地”和世界第二大容積的4000立方米高聲強(qiáng)混響室“驚天”，在地面對(duì)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射過程中的環(huán)境進(jìn)行有效復(fù)現(xiàn)。

通過四臺(tái)激振器并聯(lián)工作，“動(dòng)地”實(shí)現(xiàn)了140噸的最大推力。“手勁兒”滿足了要求還不夠，還要實(shí)現(xiàn)四只“手”高度同步。研制團(tuán)隊(duì)為其裝上了足夠聰明的“大腦”，讓它們能通過并聯(lián)方式同步施力、避免效果相互抵消，有效保證了“勁往一處使”。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的考試“座位”也是精心定制的，臺(tái)面需要重量輕且基頻盡量高。在臺(tái)面剛度、質(zhì)量和尺寸之間相互制約的難題面前，研制團(tuán)隊(duì)提出了網(wǎng)格狀封閉式擴(kuò)展臺(tái)面構(gòu)型和分區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方法，成功研制了國內(nèi)單體最大的鎂鋁合金臺(tái)面，保證模擬效果盡可能貼近實(shí)際發(fā)射環(huán)境。

長征五號(hào)運(yùn)載火箭采用新型的大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)射時(shí)，4000至10000赫茲的“高音部”格外高亢嘹亮，是其他火箭聲壓的4倍。面對(duì)“灌耳魔音”，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙能否保證結(jié)構(gòu)和功能完好，這需要一位嗓門更響亮的“考官”來把關(guān)?！绑@天”的有效空間長14.5米，寬11.5米，高24米，容積是國內(nèi)原有最大混響室的兩倍，專門用于考核大型航天器承受高聲強(qiáng)噪聲環(huán)境的能力。

為了更精準(zhǔn)模仿火箭起飛時(shí)的聲音，研制團(tuán)隊(duì)在混響室墻面布置了20個(gè)不同頻率的喇叭，并為“合唱隊(duì)”精心分配聲部、排布站位，實(shí)現(xiàn)了最大聲壓級(jí)158分貝的混響聲場(chǎng)。噪聲試驗(yàn)控制系統(tǒng)則擔(dān)任“指揮家”，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)聲場(chǎng)全頻段、長時(shí)間精準(zhǔn)穩(wěn)定控制。

目前，“動(dòng)地”和“驚天”已先后完成了空間站艙體十幾次力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)艙體的結(jié)構(gòu)安全性、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性進(jìn)行了有效考核，確保了正式發(fā)射任務(wù)的順利完成，為我國空間站的順利建成提供了強(qiáng)有力的支撐。這兩位“考官”后續(xù)還可用于我國遙感、深空探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域大型航天器的發(fā)射環(huán)境模擬。

真實(shí)模擬真空、冷黑環(huán)境

中國空間站運(yùn)行在距地面約400公里高度軌道上，將長期處于高真空、冷黑的環(huán)境中，并會(huì)隨著飛行遭遇高達(dá)150攝氏度、低至零下100攝氏度的冷熱交替環(huán)境，時(shí)刻面臨空間微流星以及空間碎片撞擊的威脅。為了對(duì)“大塊頭”的空間站艙段開展真空熱試驗(yàn)，航天科技集團(tuán)五院總裝與環(huán)境工程部在天津AIT中心建成了容積世界第三大的空間環(huán)境模擬器KM8。

為模擬冷黑空間，KM8內(nèi)壁裝有一層近2200平方米可充氣充液的密閉“內(nèi)殼”——熱沉。熱沉通入液氮可持續(xù)進(jìn)行冷卻，從而模擬出“冷”；同時(shí)，在熱沉表面刷一層吸收率很高的黑漆，模擬出“黑”。KM8強(qiáng)大的低溫系統(tǒng)可維持液氮在熱沉內(nèi)長時(shí)間穩(wěn)定循環(huán)，保證熱沉表面的平均溫度指標(biāo)低于零下180攝氏度。30多臺(tái)真空泵則可保證容器內(nèi)部6000余立方米空間的真空度達(dá)到要求。

“冷熱交替”的環(huán)境則通過一件“外衣”實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)為夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙量身定制了一套紅外加熱籠，通過控制所加電流改變電阻片的溫度，從而實(shí)現(xiàn)溫度的交替變化。

KM8的真空系統(tǒng)能模擬出外部的高真空環(huán)境，并通過壓力控制系統(tǒng)，按照一定的速率實(shí)現(xiàn)密封艙的泄壓或復(fù)壓，模擬空間站被撞擊出現(xiàn)損壞的情況，驗(yàn)證夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙“臨危不懼”的優(yōu)秀素質(zhì)。今后，KM8還將繼續(xù)為載人登月、深空探測(cè)、遙感等多個(gè)領(lǐng)域超大型航天器的順利研制貢獻(xiàn)力量，為航天器安全穩(wěn)定在軌運(yùn)行提供可靠保障。