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      中國空間站空間碎片“防護鎧甲”是如何“煉成”的?

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      中國空間站空間碎片“防護鎧甲”是如何“煉成”的?

      2022年09月17日 19:07 來源:中國新聞網
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        中新網北京9月17日電 (鄭世貴 范晶巖)中國空間站在軌安全運行以來,經受住了惡劣空間環境的考驗,保障了航天員在軌生命安全,這些都離不開航天科技集團五院總體設計部空間碎片防護設計團隊為中國空間站打造的“固若金湯的防護鎧甲”,為空間站長期在軌安全運行提供強大的空間碎片防護能力。這背后,是團隊整整20年的技術積累。

        組建空間碎片防護設計團隊

        宇宙無垠,但空間軌道資源并不是無限的。專家指出,最具應用價值的地球軌道主要集中在2000公里以下的軌道區域,這里也成為空間碎片的“集散地”??臻g碎片被視為全球性問題。1993年世界主要航天國家發起成立了“機構間空間碎片協調委員會(IADC)”,“空間碎片問題”正式進入世界航天領域的研究范疇。

        從2002年開始,航天科技集團五院總體設計部曲廣吉、楊雷、閆軍等專家察覺到“空間碎片”領域對未來載人航天的重要性,開始組建空間碎片團隊,逐漸形成了以閆軍研究員為帶頭人、老中青技術骨干為主的技術團隊,全面啟動空間碎片領域的技術儲備進程。

        當時國內有空間碎片防護概念的人寥若晨星,相關技術資料也屈指可數,在網絡技術還不發達的情況下,各類圖書情報部門成了團隊成員最常光顧的地方。在每周一次的技術討論會上,大家交流最新的資料、感悟和困惑,暢所欲言。

        短短幾年時間,研究團隊成功完成了一系列相關課題研究,突破了數學建模、編程語言開發、編程算法推演等多項關鍵技術,成功開發了“空間碎片風險評估與防護設計軟件(MODAOST)”,該軟件已達到國際同類軟件的先進水平,相關成果得到國際同行的認可。

        天宮一號首次實現空間碎片防護技術工程應用

        2005年在天宮一號初樣設計之際,技術團隊多次匯報空間碎片危害及對策,型號兩總經過慎重考慮,最終決定在天宮一號上率先開展空間碎片防護設計,并決定由空間碎片團隊承擔天宮一號空間碎片評估以及防護設計的全部工作。

        面對空間碎片防護技術的首次工程應用,技術團隊多次向總體設計師、結構設計師、熱控設計師們請教、溝通,深入了解總體需求、分系統設計。

        為了盡量減少重量增加,團隊通過大量試驗,提出利用輻射器擔當部分防護功能的思路,充分利用艙外原有的輻射器作為防護板,在只增加支撐柱重量情況下,把艙體防護能力提高了3倍多,并且通過把輻射器管路更改為內藏式設計,顯著減小了輻射器管路的單點失效概率。天宮一號防護設計是超高速撞擊防護理念與工程中簡單、經濟、可靠等原則完美結合的作品。

        2011年9月29日,天宮一號發射成功,作為我國首個空間碎片防護設計的航天器,在軌四年半的時間里經受住了空間碎片環境的考驗,我國空間碎片防護技術取得重大突破。

        空間站將實現更長時間防護

        在天宮一號防護工程實踐快要收官之時,團隊開始著眼載人三期工程,針對空間站更長的在軌時間、更大的組裝規模、更苛刻的防護需求,全面啟動了空間站防護設計新進程。

        團隊以自主可控和可持續發展為宗旨,提出了“材料立足國內、指標對標國際”的研發原則,決定自主開發性能更先進的復合材料填充式防護結構。

        面對這一目標,第一關首先需攻克材料問題。團隊提出了“基于沖擊壓力的防護材料評估方法”,該方法能夠定量評估材料防護性能,簡單有效地從國內幾十種復合材料中篩選出了具有防護潛力的兩種材料;團隊又通過數百次數值仿真計算和試驗,掌握了復合材料重量和位置等參數對防護性能的影響規律。后續,設計師可以根據需求輕松設計出最優性能的防護結構。

        目前先進防護結構已成功應用于空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙防護,我國空間站防護結構性能指標達到國際先進水平。隨著我國空間站一步步建造完成并長期在軌運行,空間碎片防護團隊將為空間站筑起牢不可破的防護堡壘,為航天員們的生命保障提供堅強保護。(完)

      【編輯:葉攀】
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