哈工大與嫦娥探月:無限風(fēng)光在深空
2016-10-08 15:27:00 來源:央廣網(wǎng)
央廣網(wǎng)哈爾濱10月8日消息(記者遲嵩 通訊員閆明星)記者從哈爾濱工業(yè)大學(xué)了解到,近十幾年來,哈工大瞄準(zhǔn)月球探測二期、三期工程,配合總體單位承擔(dān)了月塵環(huán)境效應(yīng)模擬器月塵補(bǔ)給系統(tǒng)、試驗(yàn)臺系統(tǒng)研制、巡視器結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)研制、低重力模擬試驗(yàn)系統(tǒng)研制等項(xiàng)目,支撐了探月工程的順利實(shí)施。
在“嫦娥三號”任務(wù)中,哈工大研制的月地轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)、月面機(jī)械臂等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備得到應(yīng)用。鄧宗全教授作為探測器設(shè)計(jì)論證專家組副組長和副總設(shè)計(jì)師單位負(fù)責(zé)人,全程參與了嫦娥三號工程總體設(shè)計(jì)論證、探測器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與質(zhì)量評估。他帶領(lǐng)的項(xiàng)目組刻苦攻關(guān),多項(xiàng)技術(shù)助力嫦娥三號圓夢月球。同時(shí),哈工大微特電機(jī)與控制研究所、金屬橡膠技術(shù)研究所也承擔(dān)了嫦娥三號相關(guān)技術(shù)的研究。
首創(chuàng)“可升降電梯”:讓“玉兔”平穩(wěn)落月
月球車從著陸器可靠轉(zhuǎn)移至月面是開展巡視探測的重要環(huán)節(jié)。針對月面環(huán)境和著陸姿態(tài)均不確定、機(jī)構(gòu)空間尺度和質(zhì)量約束苛刻等條件,團(tuán)隊(duì)從2004年開始進(jìn)行多方案論證及原理樣機(jī)研制,2009年開始與中國空間技術(shù)研究院合作開展轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),成功研制出獨(dú)具特色的剛?cè)峄旌鲜綏U-索-輪變自由度轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu),它猶如一個(gè)可升降的電梯,實(shí)現(xiàn)了“雙側(cè)懸梯共牽連平動,觸地后各自適應(yīng)地形”的功能。
創(chuàng)建移動系統(tǒng)構(gòu)型理論:做月球車懸架“設(shè)計(jì)師”
月球車移動系統(tǒng)研究難點(diǎn)在于如何適應(yīng)月表崎嶇、大溫差、月塵等極端環(huán)境。該團(tuán)隊(duì)提出了以多搖臂懸架、多驅(qū)動輪為特征的月球車懸架構(gòu)型綜合方法并建立構(gòu)型圖譜庫,形成了多自由度變懸架構(gòu)態(tài)、兩側(cè)懸架差動聯(lián)接、載荷自重比大的月球車移動系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。在此基礎(chǔ)上,課題組先后研制出四輪、六輪、八輪等多種月球車移動系統(tǒng)樣機(jī)。2006年與中國空間技術(shù)研究院聯(lián)合研制出國內(nèi)第一款月球車移動系統(tǒng)工程樣機(jī),并通過了沙漠外場試驗(yàn);2009年提供了六輪月球車移動系統(tǒng)正樣產(chǎn)品研制的基本設(shè)計(jì)參數(shù)。
率先研制篩網(wǎng)車輪:讓月球車“信步漫游”
為確保月球車車輪能夠在松軟崎嶇的月面上順利運(yùn)行,該團(tuán)隊(duì)建立了能夠反映滑轉(zhuǎn)沉陷、輪刺、載荷等多種物理效應(yīng)的高精度地面力學(xué)模型,提出了車輪結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,在國內(nèi)率先設(shè)計(jì)并研制出篩網(wǎng)輪等多種構(gòu)型車輪。在國內(nèi)首次研制車輪運(yùn)動特性多功能測試裝置,通過大量試驗(yàn),揭示了車輪參數(shù)和運(yùn)動狀態(tài)對牽引性能影響的內(nèi)在規(guī)律,為“玉兔”月球車車輪工程設(shè)計(jì)提供了原始數(shù)據(jù)。
攻克月面機(jī)械臂難關(guān):為“玉兔”安裝“手臂”
如果說車輪是玉兔的“腳”,機(jī)械臂便是玉兔的“手”,機(jī)械臂可攜帶探測儀器進(jìn)行月壤成分探測。該團(tuán)隊(duì)首次研制出月球車關(guān)節(jié)式機(jī)械臂樣機(jī),進(jìn)行了機(jī)械臂及電機(jī)、傳動裝置在極端工況下的生存和地面環(huán)境試驗(yàn),設(shè)計(jì)了鎖緊-釋放-?繌(fù)合連接分離技術(shù)方案,讓“玉兔”手臂收放自如。
突破月球重力模擬技術(shù):真實(shí)復(fù)現(xiàn)“玉兔”月面移動
進(jìn)行整車月球低重力試驗(yàn)是嫦娥三號重大難題之一。該團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出了利用單吊索方式模擬月球車月面輪壓的測試方法,突破了高精度搖臂質(zhì)心轉(zhuǎn)矩校正、快響應(yīng)恒拉力控制、長距離三維跟蹤技術(shù),實(shí)現(xiàn)了月球車低重力模擬測試。研制了可在真空、低溫環(huán)境下模擬月球重力輔助太陽翼展開的試驗(yàn)裝置。綜合月面低重力和地形幾何與物理特性信息,實(shí)現(xiàn)了月球車運(yùn)動的數(shù)值模擬。
自主研制永磁無刷電機(jī)技術(shù):為機(jī)械臂“自由舒展”提供強(qiáng)動力
玉兔號月球車機(jī)械臂的關(guān)節(jié)電機(jī)項(xiàng)目由哈工大電氣學(xué)院微特電機(jī)與控制研究所承擔(dān)。研究團(tuán)隊(duì)合理地平衡了機(jī)械臂電機(jī)高功率密度和高效率之間的矛盾,力求做到盡量減少每一克質(zhì)量同時(shí)保證其具有高的機(jī)械強(qiáng)度與可靠性。作為哈工大自主研制的機(jī)械臂關(guān)節(jié)用永磁無刷電機(jī)具有體積小、功率密度高的特點(diǎn),特殊的結(jié)構(gòu)使機(jī)械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更加合理。同時(shí),電機(jī)技術(shù)還協(xié)助解決了月球車行走平穩(wěn)的問題。
金屬橡膠技術(shù):為“玉兔”軟著陸提供支持
在嫦娥三號發(fā)射和著陸過程中,哈工大金屬橡膠技術(shù)研究所研制的金屬橡膠高阻尼緩沖裝置為著陸器中的光學(xué)觀測設(shè)備承受住復(fù)雜力學(xué)環(huán)境提供了保障;在艙蓋展收機(jī)構(gòu)中采用由金屬橡膠材料制成的限位裝置在極端溫度下可以實(shí)現(xiàn)可靠的熱密封,其剛度連續(xù)可調(diào),并借助于其他機(jī)構(gòu)的壓縮,保證了光學(xué)設(shè)備小艙體的熱密封及遮蓋,使得密封更加緊密,重復(fù)工作性能更穩(wěn)定。
編輯:劉拓拓
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