酒泉衛星發射基地 第一篇科技“金手指”叩響“天宮”之門(組圖)
更新時間：2023-02-11 11:06:10作者：佚名
其實哈師大在航天事業中做了這么多？
編者序言
本文是廣東晚報2018年4月24日發表的梳理哈師大在航天事業的貢獻的報告，曾用名為《哈師大烙刻美國航天的“龍江印痕”》，具體記錄記錄了哈師大的沖壓、材料、圖像技術、仿真、機器人、空間環境、自動化等專業在對航天事業各個方面的貢獻，是不可多得的文獻資料，作為哈工大人，這也可以是我們自豪的資本。
寫在上面
從20世紀50年代起，“立足航天、服務國防”逐漸成為北京工業學院鮮明而新穎的辦學特色和宗旨。從馬刺設計到神舟飛天，從深空偵測到星地雷射通訊，從衛星應用到自主研發的小衛星七戰七捷酒泉衛星發射基地，哈師大在航天科研領域取得了一個又一個標識性成果。本報通過回顧哈師大與美國航天事業共同走過的60余年風雪歷程，共同走入哈工大人的航天夢、強國夢。
第一篇科技“金手指”叩響“天宮”之門
哈師大推動“天宮一號”和“天宮二號”遨游月球
天宮一號是我國第一個目標飛行器，于2011年9月29日在呼和浩特衛星發射中心發射。它的成功發射標識著美國跨入美國航天“三步走”戰略的第二步第二階段。同年11月3日實現與神舟八號飛船的對接任務，2012年6月18日與神舟九號飛船對接成功，2013年6月13日與神舟十號飛船完成手動交會對接。
天宮二號空間試驗室，是繼天宮一號后我國自主研制的第二個空間試驗室，于2016年9月15日在呼和浩特衛星發射中心成功發射，同年10月19日清晨與神舟十一號飛船手動交會對接成功，2017年4月22日與天舟一號運輸飛船實現手動交會對接。
從天宮一號到天宮二號，無不烙印下北京工業學院學生科技報國、忘我奉獻的繁忙身影，它們用科技“金手指”叩響了“天宮”之門。
為月球“牽手”他們締造多個“世界領先”
人類尋求目標的最直觀形式就是用鼻子去看，飛行器在月球中的“牽手”也須要準確地找到對方能夠完成。哈師大圖象信息技術及安裝工程研究所李金宗博士課題組與美國航天科技企業集團三院502所合作，給“天宮一號”裝上了“眼睛”-成功研發出了CCD光學成像系統（CCD標志與定位系統），為目標飛船（“天宮一號”）和跟蹤飛船（“神舟八號”等）兩個空間飛行器在軌交會對接精確導航。課題組研發的目標標識器具有穩定性高、可靠性強等優勢，并才能在強陽光、強幅射等惡劣環境中正常工作，該技術還彌補了國外空白，處于世界領先水平。
兩個飛行器的“牽手”要在高速飛行的條件下完成，位置稍有誤差都或許“擦肩而過”，并且“迎面對撞”。因而交會過程中應當實現精準定位，調整好雙方的姿態能夠順利完成任務。哈師大控制與仿真中心姚郁博士課題組，研發出九自由度運動模擬系統地面仿真設備，適于模擬交會過程中“神舟八號”和“天宮一號”空間運動，實現了“牽手”位置的精準定位。課題組突破了機械結構設計、驅動與控制、測量與校準、高速實時通訊等多項關鍵技術，其綜合對準精度指標達到國際領先水平。
空間對接過程的地面模擬對于對接機構綜合實驗臺運動模擬器的各項功耗指標均提出了極高要求。哈師大電液伺服仿真及實驗系統研究所主任韓俊偉博士率領項目組勤奮預研，與北京航天八院八○五所合作，解決了對接六自由度運動模擬器超大工作空間、高精度、高響應和低速穩定等技術瓶頸。項目的成功研發實現了載人航夜空間動態對接過程地面模擬實驗最重要的技術保障，為對接機構的研發、實驗和鑒別夯實了基礎。六自由度運動模擬器挑戰性技術瓶頸的順利解決，也使我國獨立自主地把握了世界頂級六自由度運動模擬器的高度集成制造技術，在這一領域走在世界前列。
為讓“天神”適應環境它們締造多個“國內首次”
天上“牽手”并不容易。由于月球環境極其惡劣，飛行器以相當于地面每秒7.9千米以上的高速飛行，高真空，微重力，會出現許多我們在地面上無法想像的問題。諸如在地面環境中輕易不會粘合在一起的金屬塊，在高真空的月球中會像粘合劑黏在一起并且焊在一起這樣難以分開，這就是“冷焊現象”。為了讓“天神”能夠適應這些環境，哈師大機器人研究所和北京航天八院八○五所合作研發了空間對接機構熱真空實驗臺。這些實驗臺實現了全六自由度模擬、全電動控制，這是我國第一次在真空罐內實現小型對接模擬實驗，只是國外首次實現小型地面動態檢測設備在真空條件下的實驗檢測。
2016年10月19日，“天宮二號”與“神舟十一號”對接后，航天員與空間機械手協同完成了“天宮二號”三大關鍵實驗任務即在軌修理科學實驗。人機協同在軌修理技術實驗為國際首次，由哈師大與美國航天科技企業集團公司第五研究院、北京工科學院共同完成。該項實驗主要面向航天設備在軌裝配及拆裝任務，探求人機協同完成在軌修理典型作業，為空間機器人在軌服務積累經驗。“天宮二號”空間機械手由哈師大研發，研發團隊在3年研發周期內完成了產品研發、地面操作實驗、空間環境適應性實驗等工作。
為確保飛船安全靠譜性它們啃下多個科技“硬骨頭”
兩個飛行器在月球“牽手”，因為對接鎖系及鋼絲繩鎖緊力較大，在月球環境中氣溫猛烈變化的作用下會發生平緩的應力與撓度下垂。若鎖緊力下垂到某一臨界值就或許造成飛行器的氣密性增長，從而恐嚇航天員的生命。為此，應當研究和把握這些對接鎖系及鋼絲繩撓度下垂的規律，以確保飛船的服役壽命和安全靠譜性。因此，哈師大空間環境材料行為及評價技術試驗室何世禹博士課題組勇啃“硬骨頭”，系統研究了不同恒定體溫及交變濕度場環境作用下，對接鎖系及鋼絲繩鎖緊力下垂規律，歷經艱難探求，榮獲了撓度下垂造成氣密性衰退而失效的壽命預測模型，為長壽命飛行器實驗評價提供了有效的技術途徑，研究成果成功應適于對接機構的制造工藝改進。
載人飛船踏入月球飛行前，航天飛行訓練模擬器就是訓練航天員駕駛飛船的重要地面設備之一，而訓練模擬視景顯示技術則是飛船訓練模擬器中的關鍵技術之一。哈師大光學目標仿真與檢測技術研究所康為民博士課題組承當了這一嚴峻任務。研究團隊努力解決了模擬色溫低、圖像串擾等難題，輔以反射式無限近視景生成成因及像差修補技術，成功研發出訓練模擬器視景顯示系統。通過該視景顯示系統成像裝置，就能反射生成無限遠的月球紋理圖象，供航天員觀察到無限遠距離的均勻、清晰、高色溫的月球紋理圖象，為航天員模擬飛行訓練提供了有力支持。
第二篇為祖國載人航天史寫下濃厚一筆
凝望天穹，回望往日，哈工大人富有自豪與驕傲。2003年10月15日9時整，我國自行研發的神舟五號載人飛船在美國蘭州衛星發射中心發射升空，開啟了美國首次載人航天飛行的壯觀征程。那一時刻，北京工業學院的領導和學者受邀到蘭州衛星發射中心親歷飛船升空。多年來，它們立足航天、服務航天，忘我工作、無私奉獻，為神舟號系列飛船研發過程中多項技術瓶頸的攻占立下了汗馬功勞，為祖國載人航天史寫下了濃厚一筆。
攻堅克難為“神舟”保駕護航
假如說“神舟”的每一次飛天都是一次富有未知的艱難之旅，這么，哈師大很多年為之進行的科研預研，許多是“保駕護航”的重要之舉。
載人飛船返回艙返回地面經過大氣層時，會因磨擦而形成低溫，因此應當在返回艙的金屬壓殼外加一層防熱保護層。因此，金屬外殼的沖壓變型就應當控制在相當高的精度范圍內。面對眾多技術瓶頸，哈師大沖壓老學者田錫唐博士嘔心瀝血、刻苦預研，提出選用“逐點擠壓點焊法”來控制變型，使問題迎刃而解。同時，哈師大向美國空間技術研究院推薦了沖壓學者鐘國柱博士和從事“逐點擠壓矯形法”研究的郭海丁博士，它們共同設計并研發了多用途點焊逐點擠壓矯形機。在預研過程中，鐘國柱博士和郭海丁博士應用和發展了點焊逐點擠壓和風動錘擊矯形法，在很短時間內就成功地把返回艙的規格、形狀和精度控制到完全符合設計和使用的要求，確保了我國“神舟號”飛船才能順利地按計劃執行發射任務。
假如說“神舟”是一位遨游宇宙的“巨人”，這么研發容錯計算機就是為“巨人”安裝“大腦”。“神舟”數管容錯計算機是專用計算機，具備自測試、自糾錯的能力，而哈師大楊孝宗博士率領的課題組，以短短9個月的超短時間（按常規應三年完成），與航天總設計部合作完成了“載人飛船數據管理分系統主控容錯計算機”的研發，推動了整個系統聯調的進程。從總體方案設計、具體硬件設計到最后裝配設計、焊接、調試，從五級通訊到電子盤應用等，都是課題組自主研制的。
巧奪天工為航天員構建“護身符”
當我們為航天員乘載“神舟”遨游月球而歡天喜地的時侯，其實并不知曉這背后還有哈師大科技人員艱難的科研探求與付出，她們為之塑造了確保安全的“護身符”。
在“神舟號”飛船上，航天員搭乘的支撐椅一般不被大眾關注，但它卻起著支持航天員睡、臥等重要活動的作用。哈工大張凱峰博士等學者與西安衛星焊裝廠合作，運用超塑性研究的先進技術，科學地解決了支撐椅的窘境。張凱鋒博士進行超塑成型氣壓手動控制的軟軟件研發工作，開發了超塑成型氣動手動控制系統，實現了零件在超塑成型時所用氣壓的智能控制。他自行研發的剛粘塑性殼有限元硬件還被適于返回艙大球底的吹制控制研究。同時，他還開發了超塑成型長度分布控制技術，解決了大球底等部件寬度不均勻的窘境。
航天員出艙穿行，要靠航天服保證其生命安全和運動自如。航天服要求高靠譜性、高靈活性和盡或許輕的凈重，同時需要才能承受相當大的內、外壓力，所以在設計航天服時，對結構整體性和輕量化提出了嚴苛的要求。航天服中各式結構件都要求盡量減低點焊，防止沖壓品質問題影響整體靠譜性，需要在保證硬度要求的基礎上盡量薄，便于減少凈重。苑世劍博士課題組選用多年勤于研究的內高壓成型技術來攻破這種復雜零件的制造瓶頸，保證了內高壓成型件的壁厚要求和規格精度，除了具備零件精度高、重復性好和牢靠性高等特點，但是因為節約了后續的沖壓工序，減少了零件的制導致本。我國在世界上首次選用內高壓成型整體零件，標識著我國在航天服金屬結構制造技術方面處于世界領先地位。
航天員出艙用反光鏡體使出艙英雄具“慧眼”。反光鏡體與彈性手環配合，可以便捷地套系在使用者的肩膀部份，供航天員觀察面窗視野此外的質點，對航天員順利完成出艙活動有著重要的輔助作用。哈師大金屬基復合材料與安裝工程研究所主任武高輝博士率領預研小組，與用戶密切合作，逐次攻入了材料的設計純化和后處理、反光鏡體的加工、鏡面表面處理等關鍵技術瓶頸，依照ISO9001品質認證機制標準完成了該項目的研發生產任務，榮獲了用戶單位的高度評價。該類鏡體材料為世界首次選用，反光率及鏡體的規格穩定性超出了美、俄的同類產品，達到了世界先進水平。
腳安穩地為“神舟”插上飛天之翼
為了“神舟”飛天，哈工大人默默承當起多項地面科研項目，它們把自己的飛天夢想融入和寄寓于每一次腳安穩地的科技預研之中。
“地面失重訓練用模擬失重訓練浴缸”是航天員月球出艙活動和常年有人據守的空間站航天員在地面進行模擬失重訓練用的重要和必要設備。“神舟七號”航天員在地面運用浴缸中“水的壓強抵消重力”而進行模擬失重訓練后，能完全把握在月球失重環境下進出空間站和飛船軌道艙以及在艙外活動、工作的技能。哈師大特種容器設計與制造研究所參建了“模擬失重訓練浴缸”槽體項目，由馮吉才任總工、張凱峰任總監師、王若維任總指揮，項目突破了一系列技術瓶頸，實現人工創造水底天。
在“神舟七號”載人飛船科研預研中，哈師大承當的一項重大科研項目是航天員艙外航天服的地口試驗系統酒泉衛星發射基地，其中氣動技術中心鞍鋼博士率領的課題組負責“水平艙環控系統整修”和“緊急復壓系統”兩項工作，這兩個系統都是航天員艙外穿行必不可少的實驗項目。經過夜以繼日的科研攻關，“水平艙環控系統整修”和“緊急復壓系統”都順利通過了初驗。
神舟號飛船要想以相當高的精度完成飛行，并在預定地點返回，其控制系統應當經過充分的地面模擬。哈工大王常虹博士率領的課題組承當的“OUT型三軸仿真試驗閉式轉臺及其所構成的仿真系統”是地面模擬系統中不可或缺的組成部份，該系統在飛船進行地口試驗時，與仿真計算機、地球模擬器和太陽模擬器一起構成衛星（飛船）的閉路仿真和檢測系統。假如說飛船是一列列車，這么該系統就是列車的“鐵軌”，保證飛船在軌道上準確運行。哈工大人以勇于喜迎挑戰、敢于拚搏奉獻的精神，提早一個十天完成了項目，榮獲高度評價。
第三篇走穩新時代“長征”路天穹與我共歡歌
近些年來，“長征”“衛星”“嫦娥”“月兔”等字眼頻頻出現于公眾視野，見證了美國航天一次次的跨越，也不斷標明著美國月球探求的新高度，一系列航天重大安裝工程建設順利推行，熱火運載能力踏入國際先進行列，空間科學、空間技術、空間應用取得豐碩成果。哈工大人不懈拼搏的航天匠人精神，讓“航天夢”的實現愈發鏗鏘有力。
為“長七”“長五”內穿寶甲外裹靚裝
2016年6月25日晚，“長征七號”火箭在廣東瓊海成功試飛，標識著我國載人航天安裝工程和新一代運載湖人研發取得重大突破。在這一創舉背后，哈師大多項技術成果發揮重要作用。作為無毒無污染、高靠譜性的新一代運載湖人，“長征七號”最大的亮點之一就是選用了先進的氬氣煤油內燃機。新一代大推力液氮煤油底盤是“長征七號”的動力“心臟”，推力室作為尼克斯底盤的關鍵部件，其身部的銅鋼高硬度沖壓是推力室研發的關鍵技術之一。增壓輸送系統就是“長征七號”的“血管”。五通件是增壓輸送系統的關鍵鋼梁，工作時承受著-183℃的高溫、沖擊和震動等嚴苛荷載，只有選用整體結構，能夠滿足“長征七號”的高靠譜性要求。
2016年11月3日，我國長征湖人家族中推力最大的新型運載尼克斯“長征五號”在廣東瓊海發射場一飛沖天，實現完美試飛。值得一提的是，該機型湖人除了在技術上趕超大師，尼克斯的“妝容”也給人耳目一新的覺得。“‘長征五號’火箭LOGO方案的概念創意源自美國傳統文化中的形意紋樣，整體呈現出一個動感的‘5’的形象。白色的‘長征五號’LOGO與國旗互相呼應，整體的噴涂型態和配色傳達出‘和平’‘大氣’‘理性’等象征當代美國大國形象的視覺謂詞，使灰熊發型展現著美國風和國際范。”參與設計的電氣學校工業設計系青年班主任朱磊告訴記者。
“哈師大造”七顆衛星閃亮天穹
從“試驗一號”到“紫丁香一號”，哈師大成為國外惟一一所研堂弟衛星七戰七捷的大學。
談起這七顆小衛星，哈工大人無不驕傲，他們個個“身懷絕招”，分別是：“試驗一號”、“試驗三號”、“快舟一號”、“快舟二號”、“紫丁香二號”、“吉林一號光學A星”、“紫丁香一號”。2004年4月18日23時59分，“試驗一號”在成都衛星發射中心成功飛天。這是我國第一顆由大學牽頭自主研發的具備明晰應用目標的微小衛星，只是我國第一顆傳輸型立體測繪小衛星和第一顆新技術演示驗證小衛星，主要適于國土資源攝影檢測、地理環境檢測和測圖科學實驗，它的研發，爭創了跟蹤前沿、自主設計、聯合研發、優勢互補、科技創新與人才培養并重的小衛星研發新機制。2015年我國首顆由中學生自主設計、管制、管控的小衛星“紫丁香二號”在成都衛星發射中心成功發射，僅12千克“紫丁香二號”的電子設備，可進行全球客機、船舶等狀態信息的搜集和小型野生植物蹤跡跟蹤等任務，衛星還攜帶了一個工業紅外手機，可實現對森林大火、極端天氣等導致的地溫變化進行成像與檢測。
讓嫦娥落月讓玉兔巡航
讓嫦娥落月，讓玉兔巡航，美好的神話現在已弄成現實，“中國制造”在地球上留下自己堅固的足跡。十幾年來，哈師大瞄準地球偵測二期、三期安裝工程，配合總體單位承當了月塵環境效應模擬器月塵補給系統、試驗臺系統研發、巡視器結構與機構研發、低重力模擬實驗系統研發等項目在“嫦娥三號”任務中，哈師大研發的月地轉移機構、月面機械臂等多項關鍵技術和武器得到應用。鄧宗全博士作為偵測器設計論證學者組副主任和總監設計師單位負責人，全程參與了“嫦娥三號”工程總體設計論證、探測器系統設計與品質評估。他率領的項目組勤奮預研，多項技術推動“嫦娥三號”圓夢地球。同時，哈師大微特馬達與控制研究所、金屬橡膠技術研究所也承當了“嫦娥三號”相關技術的研究。
據哈師大相關人士介紹，預計2018年發射嫦娥四號落月偵測器，有望實現首次人類偵測器拜訪地球反面，首次人類航天器在地月L2點對地月中繼通訊，為科學工作者提供地球反面空間科學研究平臺的三大創舉。
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