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如果不能克服航天器的微扰动,就失去了上天实验的意义,且看主动隔振技术大显身手
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2017-04-20 20:02
摘要:我国将成为继美国和加拿大后第3个在轨采用主动隔振控制技术服务于空间微重力实验研究的国家。

如果行走时,手里拿着一杯满满的水,水很容易就会洒出来。同样,航天器虽然处于微重力环境,但是由于星上、船上的姿轨控、风机、飞轮、帆板的动作,带来了很多扰动。如果不能克服这些微扰动,科学实验就达不到微重力的效果,失去了上天实验的意义。由中科院空间应用工程与技术中心主导的“主动隔振技术”将在天舟一号在轨期间,进行六自由度磁悬浮关键技术验证,并为“非牛顿引力验证项目”提供高水平微重力环境。

 

这是我国首次在空间实施这一技术,将使我国成为继美国和加拿大后第3个在轨采用主动隔振控制技术服务于空间微重力实验研究的国家。这将极大支持和推动空间站高微重力实验平台的研制建设,取得的技术成果可以直接服务于未来我国空间站阶段的空间科学实验载荷。

 

隔振有被动隔振和主动隔振之分。采用被动隔振,加弹簧或阻尼就可以,但弹簧有共振频点,隔振水平也一般,不能满足高指标要求的隔振。微重力环境的隔振,要做到隔离1Hz以下的振动/晃动,而且要达到0.0001g以下的水平,这种情况只能采用主动隔振。

 

先来看看主动隔振的原理。主动隔振系统由定子和浮子两部分构成,利用磁悬浮主动控制技术,使浮子和定子非接触,从而隔离来自飞船平台的振动。控制器通过加速度计感知浮子加速度的变化,通过位置敏感器感知定子浮子相对位置的变化,并计算反馈电流,驱动电磁激励器,当有定子或浮子发生振动时,产生一个和振动相反的力抵消振动。

主动隔振装置工作原理

 

主动隔振装置由主体和电控箱两台单机构成,非牛顿引力验证装置安装在主体的浮子上,通过屏蔽罩封闭。

 

主动隔振技术一直是我国空间科技的短板。曾经有国外该领域的专家访问中科院空间应用工程与技术中心时,很不看好地说“很难完成”,如今该中心在地面的实验指标已经与国外相当。

主动隔振装置主体 合屏蔽罩

 

天舟一号的搭载是该中心的“小目标”,未来,他们想继续推广主动隔振技术在空间的应用。他们的长期目标是做强空间磁悬浮主动隔振技术,为更多空间应用载荷服务,例如空间光学相机、激光通信等,助力它们达到更高的指标水平。如果有可能的话,他们还希望这一技术也可以在航空光学吊舱、船舶减振、工业精密加工、相机防抖等方面发挥作用。

 

题图来源:新华社  图片编辑:笪曦

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