卫星专家金永德详解神舟上哈工大八大科研成果

哈工大卫星姿态动力学控制研究专家金永德教授。
点击此处查看全部新闻图片

　　哈工大航天学院金永德教授曾从事卫星姿态动力学控制研究，1985年开始筹建哈工大航空馆。谈到即将发射的“神六”载人飞船，金教授显得很激动，他拿着神舟号飞船的模型，给记者讲述神舟飞船上哈工大的多项科研成果。

　　海上应急浮囊为“神舟”号做好准备

　　金永德教授说，这次即将发射的神舟六号载人飞船的主着落场设在内蒙古中部的四子王旗境内，在酒泉卫星发射场附近，设一个备用的附着落场。为确保万无一失，还在海上预备了返回点。如果航天员启用海上预备返回点，就要使用海上应急浮囊系统，该系统就是由哈工大航天学院复合材料研究所研制的。它为返回舱应急返回到海上时为返回舱提供稳定作用。

　　据金教授介绍，哈工大复合材料研究所受总装备部委托，自2000年就开始了海上应急浮囊救生系统的研制，他们提出了创新的结构设计方案，采用了新型的材料和工艺，保证了浮囊系统在工艺和技术上的可行性、可靠性，而且易于操作、包装运输方便。

　　航天员上天要穿宇航服，这航天服到底是怎么设计出来的？

　　金永德教授说，这离不开哈工大研制的宇航服关节阻尼力矩机器人测试系统。这套系统由哈工大“长江学者”计划特聘教授刘宏主持研制，这一系统利用测量机器人的测量原理，将多维力力矩的传感器与测量系统融为一体，可以在不改变宇航服任何结构的状态下，模拟人类感觉，检测服装各关节的灵活性，然后利用三维图形仿真技术，将整个模型的建立过程及测量过程直观逼真地反映出来，为宇航服的设计加工提供了可靠的参数，使宇航服的灵活性检验一次完成。

　　超塑性技术为航天员提供最轻的太空椅

　　太空支撑椅系统由椅盆、椅背、头靠等3部分组成。3个部件有特定的厚度指标，要求用特殊的材料按一定比例拉薄，并确保拉伸后材料厚度均匀。这对部件的材料成形技术提出了更高的要求。哈工大材料学院张凯锋教授等专家与北京卫星总装厂合作，利用超塑性研究的先进技术，科学地解决了支撑椅的难题。超塑性技术采用吹制方式进行材料成形加工，可以对金属材料进行特殊的拉伸、拉薄。张凯锋教授进行超塑成形气压自动控制的软硬件研制工作，开发了超塑成形气动自动控制系统，实现了零件在超塑成形时所用气压的智能控制，为航天员提供最轻的太空椅提供了技术保障。

　　KM6超大真空容器为飞船模拟太空环境

　　金永德教授说，“神五”也好，“神六”也好，在上太空之前，飞船都要在地面上经过“太空模拟环境”的检验。“太空模拟环境”需要一个超大真空容器。

　　由哈工大研制的KM6超大真空容器排行世界第三，高22.4米，直径12米，是北京航天城的一个巨人。当时建造的时候，很多人不相信哈工大这样的教学单位能做得了这种大型的工程项目。哈工大组成多学科的研制队伍，选择全国一流的企业、一流的专家队伍和一流的施工队伍进行大协作，解决了超大法兰盘、超大封头的成形、焊接和大型构件现场精加工等多项技术难关，仅用3年的时间，以最好的质量和最快的速度圆满完成了这项国家重大科研项目“KM6工程”，KM6的成功，为我国载人飞船的成功发射提供了坚实的保障。

　　逐点挤压焊接为返回舱“整容”

　　金永德教授说，返回舱经过大气层返回地面时，会因摩擦而产生2000多度的高温，所以必须在返回舱的金属压壳外加一层防热保护层。这个保护层与返回舱的金属壳体的焊接有个很大的技术难题。传统的焊接在高温中产生变形，如果不把变形控制在相当高的精度范围内，对焊接质量会产生重大影响。哈工大焊接老专家田锡唐教授提出采用“逐点挤压焊缝法”来控制变形，解决了这一技术难题。田锡唐教授向中国空间技术研究院推荐了焊接专家钟国柱教授和从事“逐点挤压矫形法”研究的郭海丁，他们共同设计研制了多用途焊缝逐点挤压矫形机。在攻关过程中，钟国柱教授和郭海丁教授应用和发展了焊缝逐点挤压和风动锤击矫形法，在很短时间内就成功地把返回舱的尺寸和形状、精度控制到设计的使用要求，确保了我国“神舟”号飞船能够顺利地按计划执行发射任务。

　　三轴仿真转台为神舟铺个“轨道”

　　金永德教授说，“神舟”号飞船属于低轨道太空飞行器，其近地点离地面200公里，远地点离地面343公里。“神舟”号飞船要想以相当高的精度完成飞行，并在预定地点返回，其控制系统必须经过充分的地面模拟。哈工大王常虹教授带领的课题组承担的“OUT型三轴仿真实验闭式转台及其所构成的仿真系统”是地面模拟系统中不可或缺的组成部分，该系统用于飞船进行地面试验时，与仿真计算机、地球模拟器和太阳模拟器一起构成卫星(飞船)的闭路仿真和测试系统。该系统保证了飞船在轨道上精确运行。

　　容错计算机为神舟安装“大脑”

　　金永德教授介绍，神舟号飞船涉及13个系统，其自动检测系统是飞船的重要部分。哈工大杨孝宗教授带领的课题组与航天总设计部合作完成了 “载人飞船数据管理分系统主控容错计算机”是该系统的专用计算机，它具有自检测、自纠错的能力，可为飞船提供高可靠性的数据管理。该成果与分系统曾获国防科学技术一等奖。

　　故障诊断系统为神舟配个“医生”

　　“故障诊断”系统是保证飞船在运行过程中及时检测并排除故障、保证航天员安全的不可缺少的系统。金永德教授说，哈工大动力学与控制研究所黄文虎院士等人提出了飞船“故障诊断”系统的可行性论证方案，包括故障检测、诊断、隔离和恢复4个过程。飞船上天以后，地面有一个与在轨飞船同步运行的模拟“飞船”系统。当轨道上的飞船发回的信号出现不正常时，地面指挥部通过“故障诊断”系统进行诊断，找出故障源，并在地面同步运行的“飞船”上进行验证，确认在此故障源下复现所检测的不正常现象，此时才能向轨道上的飞船发送指令，按指定的措施启动飞船上的装置自动排除故障。整个过程不需要航天员的参与，完全自动化。

　　相关专题：神舟六号载人航天 

　　手机上新浪随时了解神六进展　短信看世界与航天员一起翱翔