解讀:磁懸浮主動(dòng)隔振技術(shù),讓“天舟一號”不暈船
生活中,我們手里拿著(zhù)一杯滿(mǎn)滿(mǎn)的水,走動(dòng)時(shí)水就會(huì )灑;我們手里拿著(zhù)相機,如果發(fā)生抖動(dòng),照片就會(huì )模糊。在工業(yè)生產(chǎn)中,靜密加工平臺中遇到振動(dòng),就會(huì )造成加工失??;結晶體中遇到振動(dòng),晶體生長(cháng)就會(huì )出現瑕疵;吊艙相機中發(fā)生晃動(dòng),會(huì )影響圖像質(zhì)量。
剛剛發(fā)射的天舟一號,就首次搭載了一項保障實(shí)驗的關(guān)鍵技術(shù):主動(dòng)隔振系統。它是怎么工作的呢?
而航天器上,雖然處于微重力環(huán)境,但是由于星上、船上的姿軌控、風(fēng)機、飛輪、帆板的動(dòng)作,帶來(lái)了很多擾動(dòng)。
想在太空做實(shí)驗,可不是一件容易的事情。科學(xué)實(shí)驗(流體、材料、基礎物理)如果不能克服這些微擾動(dòng),就達不到理想的微重力效果,失去了上天實(shí)驗的意義。此外,星上的高分辨對地觀(guān)測相機、天文相機,如果遇到振動(dòng),就會(huì )發(fā)生成像模糊。激光通信、激光掃描,如果遇到船體振動(dòng),就會(huì )造成光線(xiàn)發(fā)散,能量耗散。
所以,一定要隔離振動(dòng),才能給航天器創(chuàng )造更好的條件。
主動(dòng)隔振技術(shù)是什么?
隔振有被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振的區別。采用被動(dòng)隔振,加彈簧或阻尼就可以,自行車(chē)的車(chē)坐上都有;但彈簧有共振頻點(diǎn),隔振水平也一般,不能滿(mǎn)足高指標要求的隔振。
而根據微重力科學(xué)實(shí)驗的要求,要做到隔離1Hz以下的振動(dòng)(或者叫做晃動(dòng));而且要達到0.0001g以下的水平(地面的重力是1g,汽車(chē)路面振動(dòng)一般小于0.1g),才能獲得更好的微重力環(huán)境水平,實(shí)現更理想的科學(xué)研究成果。在這種情況下,我們的科研人員開(kāi)始研發(fā)主動(dòng)隔振技術(shù)。
本次天舟一號“主動(dòng)隔振關(guān)鍵技術(shù)驗證”任務(wù)由中國科學(xué)院空間應用工程與技術(shù)中心負責。該項目經(jīng)過(guò)了從科學(xué)論證到技術(shù)攻關(guān)、從實(shí)驗室技術(shù)到高可靠產(chǎn)品的歷程,可以說(shuō)是“十年磨一劍”。
項目組來(lái)自各個(gè)專(zhuān)業(yè)方向的團隊,平均年齡35歲以下。依靠大家的齊心協(xié)力和共同努力,終于搭上了天舟的班車(chē)。
兩個(gè)目標
天舟一號上的主動(dòng)隔振裝置有兩個(gè)主要目標:
第一、在空間進(jìn)行六自由度主動(dòng)隔振關(guān)鍵技術(shù)驗證,評估六自由度主動(dòng)隔振控制算法,測試驗證主動(dòng)隔振系統的功能和性能指標;
第二,在飛船平穩期為非牛頓實(shí)驗檢驗關(guān)鍵技術(shù)驗證裝置提供高水平微重力環(huán)境。
這項技術(shù)屬于國內首次實(shí)施,將使我國成為繼美國和加拿大后第3個(gè)在軌采用主動(dòng)隔振控制技術(shù)服務(wù)于空間微重力實(shí)驗研究的國家;
將極大支持和推動(dòng)空間站高微重力實(shí)驗平臺的研制建設,取得的技術(shù)成果可以直接服務(wù)于未來(lái)我國空間站階段的空間科學(xué)實(shí)驗載荷。
主動(dòng)隔振裝置電控箱和主體
主動(dòng)隔振技術(shù)如何實(shí)現“主動(dòng)出擊”
那么這項技術(shù)的原理和裝置構成是什么呢?
主動(dòng)隔振系統由定子和浮子兩部分構成,利用磁懸浮主動(dòng)控制技術(shù),使浮子和定子非接觸,從而隔離來(lái)自飛船平臺的振動(dòng)。控制器通過(guò)加速度計感知浮子加速度的變化,通過(guò)位置敏感器感知定子浮子相對位置的變化,并計算反饋電流,驅動(dòng)電磁激勵器,形成閉環(huán)控制。
主動(dòng)隔振裝置由主體和電控箱兩臺單機構成,非牛頓引力驗證裝置安裝在主體的浮子上,通過(guò)屏蔽罩封閉。
未來(lái),我們想繼續推廣主動(dòng)隔振技術(shù)在空間的應用。
“ 天舟一號的搭載是我們的“小目標”,我們的長(cháng)期目標是做強空間磁懸浮主動(dòng)隔振的技術(shù),為更多空間應用載荷服務(wù),例如空間光學(xué)相機、激光通信等,助力他們達到更高的指標水平,實(shí)現更高的科學(xué)和技術(shù)成果。 ”
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