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“快递小哥”如何装货?——揭秘天舟一号结构高效承载两大利器

时间:2017年05月22日 信息来源:载人航天官微 点击: 【字体:

货运飞船是载人空间站工程的重要组成部分,主要任务是为载人空间站(空间实验室)运送货物和推进剂等物资,并将空间站废弃物带回大气层烧毁。


从外观上看,天舟一号货运飞船的构造类似于天宫一号目标飞行器,都是由大直径的货物舱和小直径的推进舱组成,货物舱用于装载货物,推进舱为整个飞船提供电力和动力及装载补加推进剂,但是这只是表象,其实天舟一号内部大有玄机,天舟一号作为太空快递的大力士,物资上行能力超过6吨,接近天宫一号载荷能力的2倍,高于俄罗斯研制的进步号M型和美国的天鹅座飞船扩展型。天舟一号高效承载有何秘籍?其中,这两把利器最重要。


利器一:简约而不简单的货架


对于天舟一号实现的大承载,内部采用的高效承载货架设计功不可没。表面上看,这货架和普通的书架类似,但其细节和构型都是经过多轮分析讨论的结果,货架采用一种基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构,形成大量的标准装货单元,传力效果好,结构与货物重量比达到8%。同时,采用适用于蜂窝板的预埋封边梁方法,巧妙地消除蜂窝板结构锐边,既避免划伤人手,又解决了边缘薄弱、易破坏的的问题。为了不断挑战承载极限,设计师还精心设计了一种大承载轻量化预埋结构,既能适应传统刚性结构安装,又能适应柔性束缚带的连接承载,经过测试,三个这种预埋结构就可以承载一台豪华轿车。此外,大承载货架结构与密封舱主结构的连接环节也是结构设计一大亮点,碳纤维结合铝合金的设计,避免了在轨环境下内压载荷对结构造成的破坏。这一项项先进、便利的技术成就了高效承载的货架结构,保证天舟一号稳固地运送货物。


利器二:适应多种货物的货包


由于天舟一号要运送的物资中有许多精密的仪器设备和宇航员用品,发射段受力又大,生怕磕碰,因此只用高强度的货架可不行,对于敏感的电子器件、机械硬件系统以及其它生活物资等通常采用“软包装”或类似方法来实现装载、运送。这种“软包装”与传统的硬连接不同,它是包裹在泡沫或气囊袋里面,再一起固定在货架上,而不是直接与运载工具的内部货架结构相连接。由于“软包装”为装载对象提供了一个柔软的、高阻尼的、分布式系统的支撑,可以获得一个高度隔离/减振的载荷环境,也为货物的上行运输提供了更好的适应性和合理的货包绑扎方式。货包设计过硬不行,容易对货架进行磕碰,过软也不行,不能有效保护货物。为了确定货物绑扎方式,结构和总装的人员在试验现场一待就是3个月,终于确定了绑扎方式和内部泡沫的设计。


为了实现高效承载目标,天舟一号研制人员历时6年,20余项试验的摸索,终于完成了天舟一号结构的设计,可以将空间科学实验设备和生活用品顺利送入太空,同时支持和保障空间站具备开展较大规模实验与应用的条件。


(作者:孙维、刘峰)
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