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解密张衡一号 如何不用纸张设计制造卫星?

2018-02-03 11:01 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:薛飞 赵清建

  监制:光明网科普事业部

  2月2日,“张衡一号”卫星成功发射,这是首颗我国自主研制的电磁监测试验卫星。该卫星的成功发射使得我国首次具备全疆域和全球三维地球物理场动态监测能力,成为唯一拥有在轨运行的多载荷、高精度地震监测试验卫星的国家。

解密张衡一号 如何不用纸张设计制造卫星?

  地震预测是一个困扰世界的难题,而张衡一号卫星的成功发射,也许将为解开这道难题提供一个新的可能。那么,张衡一号是如何制造出来的?制造过程中使用了哪些新技术?

  研制生产张衡一号 竟然没有用纸?

  作为张衡一号卫星结构的制造单位,中国航天科技集团五院通过采用“软硬兼施”的新方法,借助三维制造模式,张衡一号做到了无纸化研制生产。

  也许在很多人的印象里,厂房里忙碌的生产场景肯定少不了操作人员认真研读图纸的画面。但是在张衡一号研制期间,你会发现操作台上难觅图纸的踪影。

  在传统的制造模式下,工艺人员需要依据设计人员提供的二维图纸编制工艺指导文件,操作者再依据图纸和工艺将平面示意的设计意图转化为实物产品,这就要求操作人员具备很强的二维识图和三维空间想象能力。二维和三维的转换过程中就为质量隐患埋下了种子。

解密张衡一号 如何不用纸张设计制造卫星?

  而在三维制造模式下,工艺人员直接利用设计提供的三维模型进行生产过程工艺模型的转换和批注,操作人员直接按照三维模型进行生产,这种所见即所得的生产方式,有效降低了工艺和制造的差错率。

  三维制造模式带来直观视觉效应和高效率。以结构板蒙皮检测为例,以往检验人员每个孔位都需测量比对,费时费力,而现在只需拍张照片,就能与三维模型直接比对,是否符合设计要求一目了然,劳动强度大幅下降,检验效率更因此提升了4倍之多。

  借助三维制造模式带来的高效率,张衡一号的研制工作都按节点要求准时完成。

  用高强铝合金材料 消磁还能减重?

  张衡一号是通过监测电磁变化来发现地壳异动情况的,因此对于电磁干扰十分敏感。卫星结构板的埋件采用常规铝合金的话,需要用钢丝螺套对安装接口进行加强,而钢丝螺套在太空环境下会产生微弱的电磁反应,有可能影响张衡一号的监测精度,因此技术人员提出用高强铝合金替代常规铝合金,从而省去钢丝螺套,消除电磁影响。

  高强铝合金的强度很高,但是这种新材料的承载能力是否符合卫星要求,能否经受太空环境的考验,即使设计人员心中也没有百分百的把握。为此,529厂的技术人员从接头规格、构型、传力方式、承载方式等不同纬度设计试验矩阵,开展了几百次力学试验,充分验证了新材料的可靠性。通过试验,不仅摸清了新材料的工艺参数,为后续加工铺平了道路,更重要的是获得的详实试验数据为设计人员大胆采用新材料提供了坚强支撑。

  而高强铝合金这种新材料的成功应用不仅满足了张衡一号有效载荷对电磁影响的严格要求,还附带了一份额外的惊喜。原来张衡一号的结构板需要用到上千个埋件,如果采用常规铝合金材料就需要在螺孔内镶嵌上千个钢丝螺套进行加强。尽管每个钢丝螺套只有几克重,但是上千个加起来重量也达公斤级。而高强铝合金由于自身强度足够,无需镶嵌钢丝螺套,结构制造周期因此大幅缩短,结构重量也因此得以减轻。

  正是三维制造模式和高强铝合金的应用,为张衡一号打造了一副更轻更强壮的身体,实现了高效高质制造,更好地保障完成科学任务。(资料来源:航天科工局)

[责任编辑:肖春芳]

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