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在地面创建太空环境:九自由度运动模拟系统
添加时间:2011-12-12  作者:闫明星 吉 星  来源:光明日报  点击:1785  
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航天员在模拟失重训练水槽中训练。资料图片

  航天器与飞船在太空对接的情景,科学家在地面实现了完全模拟——有了这样的高科技,我国的航空航天任务就有了充分保障。今天,就选取其中几个向读者朋友介绍。

  热真空试验台:模拟太空环境

  太空环境非常恶劣。飞行器以相当于地面每秒7.9千米以上的高速飞行,高真空、微重力,会出现许多在地面上难以想象的问题。比如,在地面环境中轻易不会粘合在一起的金属块,在高真空的太空中会像用粘合剂粘在一起甚至像焊在一起那样无法分开;维持轴承正常运转的润滑剂或许会因为温度问题完全无法使用。

  为了让航天器和飞船能够适应这种环境,哈尔滨工业大学机器人研究所和上海805所合作研制了空间对接机构热真空试验台——这是一个大型真空罐,实现了全六自由度模拟、全电动控制、三维虚拟环境下的遥操作。据介绍,我国是世界上第三个拥有此项技术的国家。这是我国第一次在真空罐内实现大型对接模拟试验,也是国内首次实现大型地面动态测试设备在真空条件下的试验。

  “神八”上天之前,在这个试验台预先做了4次大型综合测试,通过完整模拟各种太空极限环境下的对接过程,获得测试机构在不同温度环境下的状态,成功排除了冷焊现象、大温差卡死等问题,实现并验证了高可靠性的真空润滑、大型复杂装配。

  九自由度运动模拟系统:为“牵手”精准定位

  交会对接成功与否,最关键的因素是准确度。哈工大控制与仿真中心教授姚郁介绍说,“天—神”牵手要在高速飞行的条件下完成,位置稍有偏差都可能“擦肩而过”甚至“迎面相撞”。因此,交会过程中必须实现精准定位,调整好双方的姿态才能顺利完成任务。

  哈工大负责研制的九自由度运动模拟系统,就是用于模拟交会过程中神舟八号和天宫一号空间运动的地面仿真设备。

  这套设备主要包括目标三轴台、追踪三轴台、三维平动系统三部分。其中目标三轴台用于模拟目标飞行器即本次试验中天宫一号的姿态变化,追踪三轴台用于模拟追踪飞行器即本次试验中神舟八号姿态的变化,三维平动系统则用于模拟两个飞行器之间相对位置变化。三个部分都要实现3个维度的控制,即所谓“九自由度运动模拟系统”。

  对接机构综合试验台运动模拟器:模拟真实“牵手”

  我国科学家攻克了模拟环境和精准定位两道关口,关键的对接技术对于此次试验更加重要。而对接机构综合试验台运动模拟器,就是最重要的核心设备。

  参与项目攻关的丛大成介绍说,该运动模拟器的目标功能是模拟常温与高低温环境中空间飞行器在对接过程中的相对运动,用于航天器空间对接机构的研制、测试和鉴定试验。该设备采用半物理仿真的方法,兼取数学仿真的灵活特性及物理模拟的真实性,实时模拟两个飞行器在设定对接初始条件下的对接动力学过程。

  该项目的成功研制,使我国完全独立自主地掌握了世界顶尖六自由度运动模拟器的高度集成制造技术,在这一领域走在世界前列。
 

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