地铁车厢般大小 问天实验舱是如何造出来的?

来源:科技日报
2022-07-25 07:21 
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7月24日,中国空间站问天实验舱成功发射。

问天实验舱集平台功能与试验载荷功能于一体,舱体总长17.9米、直径4.2米,发射重量23吨,相关指标比天和核心舱还要高,块头和分量跟北京地铁13号线一节列车车厢差不多。这个全世界现役在轨最重的单舱主动飞行器,是如何造出来的?

中国航天科技集团五院529厂是我国卫星、飞船的重要研制基地,也是空间站舱段结构的主要研制单位,天和核心舱研制任务就在这里完成。

建造问天实验舱,挑战更多、难度更大,工艺技术人员创新突破了工艺瓶颈,研发了系列关键技术,保证了问天实验舱按节点高质量交付。

从单筋到双筋,难度不止翻倍

问天实验舱由工作舱、气闸舱及资源舱3部分组成。其中,气闸舱肩负着长寿命及多种设备安装的使命,对重要承力结构件的要求很高。经过论证,研制人员决定采用承力能力更高的内外双筋壁板结构。

与常规的外置筋壁板不同,内外双筋壁板需要在其内圆柱面上增加内置筋。这一操作的成形实施难度很大,而且成形缺陷、成形精度难以控制,稍有不慎即会出错。

从单筋到双筋,难度不仅仅是翻倍。外筋在外面,看得见、好操作;内筋在圆柱面内部,不仅不好操作,还要浑然一体、要求很高。

模具的设计至关重要:什么样的模具可以有效避让内筋?如何保证双筋壁板内外两侧的成形精度?另外,内置筋的压弯成形轨迹是怎样的?工艺参数怎么设定?这些问题以前从未遇到过。

经过反复分析测试,工艺人员提出这样一种模具设计:先分、再拼,装配时避让开内筋位置,再进行产品的压弯成形。最终他们得出了优化的压弯成形轨迹,设定了合理的成形路径和压弯工艺参数。模具搞出来了,工艺参数有了,内外双筋壁板顺利实现了精密成形,满足了设计需求。

空间曲线焊缝,焊接难度指数级增加

问天实验舱有一个为航天员出舱使用的舱门,舱门的门框由焊接工艺方式连接,是典型的空间曲线焊缝,要求焊接变形小、质量高。

从平面到空间、从直线变曲线,焊接难度也呈指数级增加。

此类空间曲线焊缝的焊接,在以往型号研制过程中均采用手工方式完成,而问天实验舱产品焊接厚度增加到了5毫米,研制人员手工焊接时需要一层一层地焊,热量输入大、产品尺寸不易把握,焊接后结构应力大,无法满足空间站长期在轨运行的可靠性要求。

唯一的办法是攻克空间曲线自动化焊接技术。研制人员经过攻关、测试,设计了可柔性变化的焊接工装,以柔化刚、借力打力,既满足自动化焊接的功能,又保证空间曲线轨迹的可靠连接,顺利完成了密封舱舱门门框的焊接,各项指标均满足设计要求。

问天实验舱的舱壁加热管路可谓舱体太空防护衣,实验舱结构的增大,意味着加热管路数量要增加,且管路布局的整体走向呈空间三维结构,为此加热管路截面被设计成“Ω形”,类似一个圆形加一个平面,其与舱体内部要高度贴合在一起,以利于温度的灵敏控制。为此研制人员创新提出了“柔性分区+整体成形”的技术手段,即以管路三维曲面高精度制造,贴合于实验舱舱体的内表面。

(张霞 樊晓霞 李彩玲 陈袁 王天明 记者付毅飞 史诗)

【责任编辑:张天磊】

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