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毫米级精度造航天领域“跳楼机”

发布时间:2022-08-26 09:48:28  |  来源:科技日报  |  作者:  |  责任编辑:孙新

(原标题:毫米级精度造航天领域“跳楼机”为地面模拟宇宙环境提供绝佳实验场所)


◎本报记者 矫 阳


北京市海淀区中国科学院北京新技术基地内,有一座高达40米的实验装置,主体结构由1万多个钢构件组成,远看像一座高塔。这是国家大科学装置——“4秒电磁弹射微重力实验项目”,被喻为航天领域“跳楼机”。


8月25日,科技日报记者在现场了解到,“4秒电磁弹射微重力实验项目”钢结构主体工程已竣工验收,正在进行核心实验装置安装。


“4秒电磁弹射微重力实验项目”是中国科学院空间应用工程与技术中心重点科研项目,为亚洲首例、世界第二例工程。该装置通过电机全程控制加速度过程,以“2秒弹射到40米高空再2秒回落”的方式来产生微重力和超重环境,最终实现模拟微重力、月球重力、火星重力等模式。


“实验舱高速运行中轨道、电机连接板的平面度、平行度、垂直度、正对距离均需保持精准状态。”中建二局安装工程有限公司钢结构项目经理李长龙说,这个标准对钢结构安装精度极为苛刻,误差要控制在2毫米内,远超国家钢结构施工规范。


与普通钢结构工程有本质上的区别,“4秒电磁弹射微重力实验项目”装置主体结构通过1.6万套高强螺栓拼接而成,“零焊接”“全螺栓”方式,让常规施工方法和工艺难以保证。


如何破解精度控制难题?李长龙带领项目团队坚持BIM(建筑信息模型)技术先行,以亚毫米(1毫米以内)的精度构建可视化三维模型,对钢结构安装全过程模拟,提前避免了与其他专业的冲突与碰撞。


在整体安装时,除全面投用专业测量设备,逐层测量逐层纠偏外,技术团队还特别制作了两种垫片,厚度分别为0.5毫米和1毫米。每连接一根钢结构,都需对位置进行重新校核,确保塔体严丝合缝。


“整体钢结构安装完成后,我们在顶部拉出8根0.5毫米的钢丝绳,尾部绑上铅坠,确保自上而下自然垂落,根据结构与钢丝绳的位置进行最后的修正。”李长龙说。


为解决钢结构安装精度及变形控制难,技术团队采用多点间距离校准、三同心校准、铅锤定点双控等工艺,进行精度测量监控,成功把安装精度控制在2毫米以内。


专家表示,该项目的建设经验,将为后续国内千米落井装置的关键技术验证项目提供重要技术支持和施工保障。


据了解,由于航天发射成本巨大,过去我国空间实验柜通常采用国外抛物线飞机等方式进行预试验。“4秒电磁弹射微重力实验项目”装置以单次成本低、实验机会多、便于人工干预等优点,成为在地面模拟宇宙环境的绝佳实验场所。项目建成后,将改写我国空间实验柜预试验高成本、长周期的历史。



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