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韩静涛团队卷筒式伸杆机构随“嫦娥四号”奔赴月球

单位(作者):宣传部 | 来源:本站原创 | 更新时间:2018-12-12 | 点击数:

2018年12月8日凌晨2时23分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。这是人类第一个将在月球背面实现软着陆的人造天体。我校韩静涛团队研制的大型展开系统将随嫦娥四号飞赴月球,开启人类的首次月背之旅!这是韩静涛团队年内在航天领域的又一次重大突破。

之前的2018年2月2日,标志中国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一的张衡一号成功发射升空,使我国在卫星地震电磁空间探测进入了世界先进行列。韩静涛团队研制生产的大型空间展开系统(一维弹性伸杆机构)作为主要执行机构进入太空,圆满承担了将卫星所携带的多个荷载送入卫星外太空的任务。

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一维弹性伸杆机构装载在“张衡一号”上(图片源自于网络)

在月球背面着陆的科研意义很大。由于月球屏蔽了地球的无线电干扰,月球背面的电磁环境更干净,为开展空间科学领域最前沿的低频射电天文观测与研究提供了理想场所。

卫星在轨工作时,为完成电磁场等太空信号的探测,需将其所携带的多个探测仪器等荷载伸展至远离星体的位置。承担这个任务的装置就是弹性卷筒式空间展开机构。受运载火箭整流罩尺寸的限制,卫星发射前伸杆机构呈收拢状态,在卫星入轨后展开,将探测仪器伸展至远离星体的位置,实现超高精度电磁场的探测。空间展开系统能否将这些传感器安全、高效、准确、可靠地送入太空指定位置,是航天器发射任务成败的关键环节。

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卷筒式伸杆机构装载在“嫦娥四号”上(图片源自于网络)

此次嫦娥四号上的卷筒式弹性伸杆全部由韩静涛团队研制。卫星入轨后,伸杆机构将把端质量,如低频射电探测仪、月表中子与辐射剂量探测仪、月球小型光学成像探测仪和中性原子探测仪等伸向远离本体的外端,进行月球背面参量的探测。为嫦娥四号、嫦娥四号中继星以及地球之间的信号通讯提供有力的技术保障。

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在伸杆机构中,卷筒式伸杆机构以其特有的优势,成为近年来伸杆机构的发展趋势。相对于之前的电机驱动机械式伸杆机构,其具有自驱动、重量轻、储能高,机构简单等一系列的优点,在卫星伸杆机构中得到越来越多的应用。卷筒式伸杆机构在国外已经有700多套经历在轨飞行,应用于美国和欧洲的航天器上,这些卷筒式伸杆机构均由美国公司提供。国外对我国进行弹性卷筒产品供货,售价为几十万美元一根。电磁监测实验卫星展开机构由中意合作的意方负责转为国产化后,美国公司禁止了弹性卷筒对中国的出口,一度使得型号任务进度停滞。

在国内空白、国外技术垄断并且无制备工艺等相关文献公开的背景下,韩静涛教授团队2013年年中到研制任务,和中国空间技术研究院的科学家们一起努力,尝试各种工艺方法, 2017年2月产品就完全定型。一般的军工项目从规划、设计、材料、工艺、制造、检测、上型号等,通常需要熬十多年,但他们团队仅仅用了不到4年就圆满地完成了任务。

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卷筒式伸杆机构展开后形成“螺旋”构型,具有良好的热稳定性,5m长的伸杆温度在-100℃和+100℃之间交变时,其长度变化不超过2mm。目前,世界上仅有中国北京科技大学、美国HUNTER公司、加拿大SPAR公司具备此类机构的研发和制造能力,北京科技大学在技术和产品应用上领先。

(撰稿:李伟;责编:邢华超)