新材料新工艺让“天宫二号”太空加油更可靠

发布时间 : 2017-07-07     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  6月15日18时许,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成第二次推进剂在轨补加试验,进一步验证了这一关键技术的可靠性。
  而要实现“太空加油”,不得不说一个核心的单机——空间压气机,它的作用是产生压力差,进而实现推进剂的顺利补加。压气机也是“太空加油”中研制难度最大的单机。
  压气机的三大核心产品:惯性轮、复合底座以及传动组件,是由中国运载火箭技术研究院所属的航天材料及工艺研究所研制的。该所利用新材料、新工艺攻克了生产难题,为压气机系统稳定工作提供坚实保障,助力我国实现空间推进领域的又一次技术跨越,使太空加油更加可靠。

     
△压气机的三大核心产品
采用新材料新工艺“啃”下硬骨头

 
  航天材料及工艺研究所一事业部工艺员孙彦波介绍,压气机能否平稳工作,在很大程度上取决于其关键零件惯性轮。
  研制之初,为满足空间站尺寸空间及空间微重力环境要求,压气机必须在原理样机基础上大幅缩小体积、减轻重量,惯性轮作为关键部件,在重量小、装配空间严格受限的条件下,还要同时实现大的惯性力矩。
  “一般来说,重量、尺寸越大的轮状零件,惯性力矩就会大,但是这个惯性轮要求减重、减尺寸,同时又要求惯性力矩数值很大,实际上它俩是相互矛盾的,实现起来有难度。”孙彦波说。
  如果采用传统的钢质材料,惯性轮的重量和体积均无法满足设计要求。
  2011年,惯性轮生产任务交由航天材料及工艺研究所,针对惯性轮对材料密度、力学性能及结构精度的特殊要求,成功制备出致密度≥99%的大尺寸铼材料块体坯料,并且各项性能都满足设计指标要求。
  孙彦波说:“铼是一种真正的稀有金属,大自然中含量非常少,通常呈粉末态,常规成形加工方法很难制备出大尺寸高致密度块体状坯料,我们利用粉末冶金新工艺,成功获得了高致密度、高强度、大尺寸金属铼,这样在尺寸性能上全部满足了设计要求。
  但接下来,新的难题又摆在研发小组面前。
  铼材料是出了名的“难啃的骨头”,由于加工硬化率居各种金属之首,普通刀具基本碰上它就会废掉,如此大尺寸、高精度的产品,加工起来更是难上加难。
  孙彦波说,研发小组通过反复试验和工艺攻关,最终确定了采用慢走丝切割、特种刀具车削,电火花和高速精磨等多种加工技术组合的工艺方法,成功研制出了符合要求的惯性轮。

 
实力为他们赢来了更多任务

 
  据一事业部副主任石刚介绍,惯性轮研制成功后,设计单位又将另两个重要产品“压气机底座组件”和“传动组件”生产任务交给了事业部。
  底座组件由三种不同金属材料组成,业内人士知道,不同种类的金属实现连接一直是个难题。刚开始,项目组采用铸造工艺,无法实现三种材料紧密结合,于是项目组不断优化成形结构设计及制备工艺,实现了底座组件的整体制造,各项技术指标均满足要求。
  传动组件由八种材料近20个零部件组成,要求配合精度极高,项目团队经过不断优化热处理及精加工工艺,最终达到组件硬度及配合精度的要求。
  航天材料及工艺研究所为压气机提供的三种关键部件,确保了压气机稳定工作,对我国掌握空间补加核心技术发挥了重要作用。

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