◎本報(bào)記者 雍 黎
7月25日10時(shí)03分，神舟十四號航天員乘組成功開啟問天實(shí)驗(yàn)艙艙門，順利進(jìn)入問天實(shí)驗(yàn)艙，這是中國航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙。問天實(shí)驗(yàn)艙是我國空間站中最大的單體艙段，它的建造攻克了哪些技術(shù)難點(diǎn)，它的能量供給背后又有哪些科技支撐？科技日報(bào)記者從重慶市科技局獲悉，問天實(shí)驗(yàn)艙的建造和阿爾法對日定向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)背后都有重慶科研成果的支撐。
對構(gòu)齒輪傳動(dòng)，讓太陽翼不錯(cuò)過每一道陽光
為了保證空間站源源不斷的能量供給，問天實(shí)驗(yàn)艙配置了目前國內(nèi)研制的最大面積可展收柔性太陽翼，單翼全展開狀態(tài)下長達(dá)27米，面積可達(dá)138平方米，并且首次采用太陽翼雙自由度同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，讓柔性太陽翼24小時(shí)不間斷追蹤太陽，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。
問天實(shí)驗(yàn)艙在預(yù)定軌道上完成姿態(tài)調(diào)整和系統(tǒng)調(diào)試后，其太陽能電池翼的阿爾法對日定向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將投入使用。阿爾法對日定向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)對構(gòu)齒輪傳動(dòng)由重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)。
“要實(shí)現(xiàn)太陽翼24小時(shí)不間斷追蹤太陽，靠的就是對構(gòu)齒輪傳動(dòng)�！睂�(gòu)齒輪傳動(dòng)的研發(fā)者、重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳兵奎教授介紹，這是一種新型齒輪傳動(dòng)，其突出的誤差適應(yīng)能力和較高的承載能力，能夠滿足太空極端高低溫交替變化對阿爾法機(jī)構(gòu)提出的超大空間尺寸形變、高可靠、長壽命等嚴(yán)苛要求。
“它的原理是我們受小時(shí)候滾鐵環(huán)的啟發(fā)而提出的�！标惐f，團(tuán)隊(duì)早于2003年就開展對構(gòu)齒輪的研究，之后陸續(xù)形成了曲線—曲線、曲線—曲面的對構(gòu)圓柱齒輪、對構(gòu)錐齒輪等的理論體系，到目前為止，已經(jīng)獲得國際專利3項(xiàng)。而問天實(shí)驗(yàn)艙采用的是曲線與曲面的對構(gòu)齒輪。滾鐵環(huán)，直走的時(shí)候，鐵環(huán)垂直于地面，而拐彎的時(shí)候，鐵環(huán)與地面傾斜，因此，陳兵奎猜想，曲線與曲面的接觸會具有很好的誤差適應(yīng)性。經(jīng)過深入的研究，他們提出了具有很好誤差補(bǔ)償能力的線面對構(gòu)齒輪傳動(dòng)。
據(jù)了解，陳兵奎教授團(tuán)隊(duì)在前期積累的理論研究和工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)上，針對阿爾法機(jī)構(gòu)對構(gòu)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了近8年的攻關(guān)，攻克了極端工況下對構(gòu)齒輪設(shè)計(jì)理論與方法、多物理量作用下對構(gòu)齒輪數(shù)字閉環(huán)精密加工與測量、擬實(shí)條件下對構(gòu)齒輪加速疲勞壽命試驗(yàn)技術(shù)與裝備等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并在上海宇航系統(tǒng)工程研究所、上海航天設(shè)備制造總廠、鄭州機(jī)械研究所等單位的通力合作下，最終完成問天實(shí)驗(yàn)艙和夢天實(shí)驗(yàn)艙阿爾法機(jī)構(gòu)對構(gòu)齒輪產(chǎn)品的交付。
攻克多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，為實(shí)驗(yàn)艙鍛造出超大規(guī)格板材
問天實(shí)驗(yàn)艙是我國空間站中最大的單體艙段。這次用于問天實(shí)驗(yàn)艙艙壁主體結(jié)構(gòu)建造的5XXX超大規(guī)格蒙皮板，具有高冶金質(zhì)量、高性能和高表面質(zhì)量等技術(shù)要求，構(gòu)件尺寸大，最大寬幅達(dá)到2000毫米以上，材料綜合性能要求高，生產(chǎn)難度極大。
面對國外技術(shù)壟斷、封鎖，西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)克服重重困難，攻克了5XXX合金工業(yè)化生產(chǎn)中合金成分精確控制等關(guān)鍵技術(shù)，解決了5XXX合金超大規(guī)格蒙皮板研制生產(chǎn)中大規(guī)格鑄錠鑄造開裂等生產(chǎn)技術(shù)難題，最終批量生產(chǎn)出了具有國際先進(jìn)水平的5XXX超大規(guī)格板材，保證了工程所需。
西南鋁為長征五號B遙三運(yùn)載火箭量身研制的5米環(huán)，是目前我國火箭用最大鋁合金鍛環(huán)。2018年，西南鋁啟動(dòng)了5米環(huán)質(zhì)量提升工作，相繼攻克了鍛造軋制變形等多項(xiàng)技術(shù)難關(guān)，綜合性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。10米超大型鋁合金整體環(huán)件的研制成功，更是刷新世界紀(jì)錄，為我國今后發(fā)射重型運(yùn)載火箭解決了重大關(guān)鍵技術(shù)難題。
作為我國航空航天研發(fā)用鋁合金材料保障核心基地的西南鋁，為問天實(shí)驗(yàn)艙和長五B遙三運(yùn)載火箭分別提供了70%以上、60%以上的關(guān)鍵鋁合金材料，涵蓋鍛件、板材、型材、管材等多個(gè)大類10多個(gè)規(guī)格品種。