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天津大型航天器AIT中心:1200立方米空间热环境试验舱

前不久,中国航天科技集团公司一院702所瑞莱公司环试装备分公司成功研制出我国最大温差大型空间环境试验舱。该试验舱空间为1200立方米,温度范围可达-180℃~180℃,主要用于航天器在高低温环境下的可靠性试验。目前,试验舱已进入综合性能调试阶段,预计今年年底投入使用。


【点赞】火箭院702所将宇宙“装进”大房子,模拟太空极端环境 

原创 2016-10-14 航天科技一院 中国运载火箭技术研究院 

  探索浩瀚宇宙,首先得适应宇宙环境。在“一曝十寒”的太空,可能上一秒还受着摄氏100多度的炙烤,下一秒就坠入零下100多度的极寒。为了让我国航天器在地面上就能接受宇宙极端环境的考验,中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)702所所属的天津航天瑞莱科技有限公司(以下简称“瑞莱公司”)成功研制出我国容积、温差最大的空间热环境试验舱,相当于把宇宙“装进”大房子,成为可模拟太空极端环境的“小宇宙”。

△大型空间热环境试验舱三维模拟图

“小宇宙” 大“肚量”

  火箭院702所研制的空间热环境试验舱虽无法与广袤的“大宇宙”比规模,但对于航天器试验来说已绰绰有余。空间热环境试验舱内部空间高达1200立方米,相当于一栋3层别墅,形象地说,它可装下约8立方米的天安门华表近150个。在这么大的“肚量”里,“天宫”空间站能“平躺”,“神舟”飞船能“游弋”,“玉兔”月球车能“兜风”,我国未来一段时间内研制的航天器均可在其中“走两步”。

大温差 小误差

  空间热环境试验舱的核心能力是模拟极端温度。702所研制的空间热环境试验舱上可制造摄氏120度的“酷暑”,下可模拟零下160度的极寒,温差高达摄氏280度,基本覆盖航天器在太空中所承受的温度范围。除温差范围大,空间热环境试验舱加温、制冷的各项性能也十分优异,其中,最亮眼的要属极小的误差:无论模拟高温还是极寒,在1200立方米的空间内,各点温度的差值(学名“均匀度”)小于2摄氏度,达国际一流水平。

△大型空间热环境试验舱现场

大目标 高难度

  对于火箭院702所来说,容积大不是难题,他们建了可容纳长征五号运载火箭的“亚洲第一塔”;温差大也不是难题,他们研制的中型温度冲击试验箱创造了10秒内降温近400摄氏度的国内纪录。但如果把大容积和大温差结合起来,那带来的问题就很多了。“特别是结构。”瑞莱公司环境试验设备研制团队负责人告诉记者:“在生活中,虽只有几十度的温差,有些物品热胀冷缩的现象就很明显了。可以想象,280度的温差,会给试验舱庞大的结构带来怎样的挑战。”

△“验证舱”

  为了成功挑战1200立方米的大目标,瑞莱公司环境试验装备团队在开展复杂的理论计算和仿真模拟的同时,还“搭”了个“台阶”——一座10立方米的“验证舱”,用于验证关键技术。依托702所在运载火箭结构强度与环境试验领域近60年的技术积累,试验团队大胆采用新结构、新材料、新工艺,最终攻克了大容积和大温差结合的难题。

 高技术 广应用

  瑞莱公司环境试验设备研制团队负责人介绍,像大型空间热环境试验舱这样的高端航天试验设备及其核心技术,几乎是没有经验可以借鉴的。研制团队在研制空间热环境试验舱中,不仅填补了国内相关技术的空白,还为该技术向其它领域推广奠定了基础。“其实,任何产品都需要在研制阶段提前经受工作环境的考验,从而暴露问题,并加以改进。在研制空间热环境试验舱的同时,我们还为‘中车’研制了高铁专用的环境试验室,可把一整节高铁开进去,接受风霜雨雪、严寒酷署的考验。未来,我们还将为汽车、飞机等大型装备打造专属环境试验室,让高端试验设备制造技术惠及各行各业。”


航天科技集团天津大型航天器AIT中心建成

来源:中国航天报     日期:2016/07/15 

KM8试验现场

近日,由中国航天科技集团公司五院总装与环境工程部自主研制的KM8空间环境模拟器正式完成有载调试工作,这标志着该部天津大型航天器AIT中心(简称天津AIT中心)全面建成。

天津AIT中心是未来我国新一代大型航天器完成总装、集成、测试的“主阵地”。该中心建设项目总师闫荣鑫说:“若将天津AIT中心比作我国新一代大型航天器的‘产房’,空间站等大型航天器都将在这里‘出生’。”

多项指标创世界纪录

“卫星上天,能不能抗得住复杂的外太空环境?谁敢给出答案?”当年,在研制东方红一号卫星时,赵九章和钱骥一次次追寻这个问题的答案。

如今,我国不仅已经具备了在地面为航天器试验模拟太空各种环境的条件,而且AIT厂房建筑、工艺设备正在不断刷新历史。天津AIT中心就是其中典型一例。

闫荣鑫介绍,从规模上看,天津AIT中心包括9个功能区,建筑面积近10万平方米。在完成验收之后,它已成为世界上最大的航天器AIT中心。

不仅如此,在中心内,很多试验设备规模也独占鳌头。即将投入使用的KM8以17米直径、35米高度成为亚洲最大、世界第三的空间环境模拟器,电动振动试验系统推力达世界第一;4000立方米的噪声试验设备,其156分贝的声压级处于世界第二。

不过,天津AIT中心并不是“大而粗”,而是“高而精”。

闫荣鑫认为,从大型航天器对测试环境的要求上可以管中窥豹。相比其他航天器,大型航天器在太空中精度要求更高。“比如,空间站密封性比我国已经飞天的神舟飞船还要高一个量级。这在某种程度上也意味着天津AIT中心的试验条件比目前我国现有的AIT中心更好。”

创新之举无处不在

天津AIT中心建设项目正式开工那一刻,创新,就已经成为整个建设过程的底色。

该中心建设项目总指挥张春元介绍,与目前我国航天AIT中心不同的是,建成后的天津AIT中心可以实现异地协同作业。京、津两地可实现测试设备遥控、遥测、实施等动作。后续,中心还可与全国其他区域联网。

创新需要勇气,实施航天工程尤其如此。

KM8顶盖上有一个起密封作用的部件叫做法兰。之前,我国研制这一部件一般为实体金属。而对于KM8来说,继续采用实体法兰将为AIT中心整体建设带来苛刻要求。比如,AIT中心土建地基要承受极大压力,KM8罐体本身支撑结构要更加坚强,同时还要为顶盖配备300吨的吊车。

时间紧、任务重,还要控制成本。在这种现实状况下,研制者们不得不打破传统、放手一搏。

经过无数次的方法理论研究、仿真模拟、实物试验之后,最终国际上从未有过的空心法兰“出炉”。

“与传统法兰相比,空心法兰重量减轻50%,制造工期缩短了20%,制造成本节约160余万元。”天津AIT中心总体技术主管茹晓勤说。

天津AIT中心共包含15个试验系统,囊括了大型航天器总装、测试及在太空中所会经受所有环境条件的试验。闫荣鑫预计,在AIT中心完成验收以后,该中心所应用的创新性技术可以上报国家发明专利80~100项。

“我们还要看到,‘完成’并不代表‘完美’。”天津AIT中心力学项目技术及实施负责人李新明认为,后续工作团队还要进一步完善整个AIT中心的一些细节,确保其运转起来好用、耐用、实用。

按照计划,我国空间站将于2020年左右建设完成,而目前部分总装、测试工作已经在天津AIT中心开始稳步进行。

“空间站已经在‘产房’之中。‘新生命’到来的那一刻,值得我们期待。”闫荣鑫说。(姚天宇 蔡晓懋/文 宿东/摄)


四年,苦并快乐着

那是2013年的冬天,KM8设备进场装配,天津AIT中心还未建成。周围除了几堵墙就只剩柱基了,连屋顶都没有。天寒地冻、北风呼啸。

工程师们进行的设备就位、管路铺设等工作就是在这种室外环境条件下开展作业的。研究员刘敏还清晰地记得:“穿了四层衣服,外面再穿上一件军大衣,但还是冻得直打哆嗦。”

从天津AIT中心开始施工到最后建成历时4年。在这4年的时间里,集团公司五院总装与环境工程部的200余名职工参与建设,每一个人都经受过让他们经受过的记忆犹新的奋斗历程。

天津AIT中心力学项目技术及实施负责人李新明曾经有过粗略的统计,4年间,他几百次往返于北京、天津两地之间,工作单位在北京的他曾最长一次三个月驻扎在空旷寂寥的天津滨海。

“这都不算啥。”李新明说,他和同事们一样,都认为一辈子能干这样一个项目“是幸事、是光荣、是骄傲。”

“我们还要看到,‘完成’并不代表‘完美’。”李新明认为后续还要进一步完善整个AIT中心的一些细节,确保运转起来好用、耐用、实用,更要用好这些先进的工艺设备,他们的付出才没有白费。


总环部完成多工况星箭联合噪声试验 我国大型航天器噪声环境试验能力再上新台阶

时间:2016年06月24日 信息来源:中国航天报

          近日,由五院总装与环境工程部自主研制的4000立方米高声强混响室成功调试验收,并完成了国际声试验标准研究项目中多工况星箭联合噪声试验,获取了大量试验数据,标志着我国环境试验能力再上新台阶。

       众所周知,航天器在发射过程中会经受强烈的噪声环境,包括从地面发射时运载火箭助推器的排气噪声和跨音速/超音速飞行时的气动噪声,这种环境会造成航天设备的失效与破坏。因此,航天器在发射之前需要在混响室进行噪声环境的模拟试验。

        4000立方米高声强混响室有效空间长14.5米、宽11.5米、高24米,容积是国内原有最大混响室的两倍,目前排名世界第二,内部声场高达156分贝,用以考核航天器承受高声强噪声环境的能力。

        在4000立方米空间内模拟新型大推力运载火箭产生的高声强复杂声场,要首先解决声源系统设计难题。研制团队充分总结了从几十立方米到2000立方米混响室的研制经验,并借鉴国外先进混响室设计理念。为保证系统的低频特性和声场均匀性,项目团队对其喇叭构型和布局进行了优化,使系统总声压级优于国内外很多混响室。

        由于航天器对环境洁净度的要求,该混响室采用氮气作为发声器的工作介质。研制团队设计了基于振动和噪声试验并行的大容量水系统对液氮进行持续加温汽化,并通过多级稳压措施和更精准的气流控制,确保发声器处于最佳工作状态。同时,研制团队进行大胆创新,采用具有完全知识产权的混响室钢结构大门专利,使大门重量减轻到传统钢筋混凝土结构的三分之一,并结合增加外部轻质卷帘门的双层结构,保证了系统的隔声量。


4000立方米高强声混响室是我国在空间环境模拟设备研制道路上的又一座里程碑,其与140吨振动台、KM8空间环境模拟器、大型航天器密封性测试系统等共同组成的大型航天器环境试验系统,代表了我国环境模拟设备研制的最高水平,未来将满足以载人航天、深空探测等为代表的大型航天器的环境试验需求。(刘沫 李新明)


2016.06.19  日前,北京卫星环境工程研究所圆满完成了KM8空间环境模拟器的有载调试工作,有载极限真空度维持1.2×10-4Pa,热沉平均温度优于100K,完成了本次有载调试的目的,达到了有载调试的各项指标要求,为后续的KM8交付使用奠定了基础。

       亚洲最大、世界第三的KM8空间环境模拟器是一台试验空间大、全自动化、高性能的新型空间环境模拟器,该容器首次研制出直径17m空心结构、高刚度超大法兰,轻量化50%,大大减少了基建配套吊车承载量。热沉采用总环部具有独立知识产权的新型不锈钢板式结构,并实现顶部热沉降半运行技术,实现双星并行试验模式,取得重大技术创新。真空系统能够实现在6000m3超大容积内,空载极限真空达到10-6Pa超高真空。水平调节机构基于真空低温环境下的四杆联动机构,实现航天器水平度实时调节,承载力20吨、调节精度1mm/m,承载力、调节精度处于国际领先水平。试验测控系统采用并行、通用、模块化技术,实现3500通道的超大量数据采集和1600通道的独立控温。研制新型热试验管理软件,提高了系统可靠性和试验效率,实现试验过程全自动化、流程化、信息化。

      随着设备研制工作进入尾声,我所技术人员有信心将这台世界第三大的空间环境模拟器完美的交付,提供给我国载人航天工程二期等各型号热平衡、热真空试验使用。撰 文:茹晓勤


       坐落在天津滨海新区的大型总装集成与测试中心里,装备有航天科技五院自主研制成功的亚洲最大、世界第三的KM8空间环境模拟器;世界上推力最大的电动振动台系统140吨振动台;容积排名世界第二的4000立方米高声强混响室;大型航天器密封性测试系统拥有目前国内外尺寸最大、构型最复杂、难度最高的收集室。这些国际一流环境模拟试验设备,即将承担起我国载人空间站等大型航天器总装、集成、测试等工作的重任。


航天科技集团自主研发大型密封性测试系统国内领先

来源:中国航天科技集团公司       发布时间:2016-03-30 

  前不久,坐落在天津滨海新区的大型航天器AIT(总装、集成与测试)中心再添利器,中国航天科技集团公司五院总装与环境工程部大型航天器密封性测试系统完成验收,形成能力,即将投入使用。

  为满足大型航天器密封性测试的需求,总环部历时2年多,自主研发、自行设计建成了大型密封性测试系统,且密封性测试能力达到国内领先、国际一流水平。

  面向我国未来航天发展,大型航天器外形尺寸较大,因此,相应建设的密封性测试系统也相对较大。

  该系统主要由土建和工艺设备组成。其中,收集室为目前国内外尺寸最大、构型最复杂、难度最高的收集室。

  总环部天津大型航天器AIT中心密封性测试系统中,总漏率测试系统中的核心测试设备——收集室系统,通过各种组合可以形成4种不同容积的子收集室,相对于原先的收集室,该收集室体积增大了7倍左右,可容纳未来载人航天工程等大型航天器的密封性测试。

  为充分考虑测试设备的通用性,有些设备还统筹兼顾,如收集室系统就充分考虑了其容积可变。

  在满足不同型号尺寸要求的同时,该系统还有效解决了其纵向密封和横向密封交叉的问题,使这个“变形金刚”达到严格的密封要求。这是研制该密封性测试系统的难中之难。

  为了实现收集室在水平方向上的变容,设计人员特别采用了门框周边充气密封的结构方式,设计完成了该“变形金刚”理论上的“一丝不漏”。

  该系统还采用了自动充放气以及加压技术,在满足被测对象充气、放气具体要求的情形下,最大限度地缩短充气、加压、放气的时间。

  与此同时,总环部将数字化虚拟技术应用于密封性测试,使测试的全过程可视化、信息化,保证了测试全过程显性、可视,测试结果自动记录、处理、查询并可追溯。

  面临大型航天器尺寸大、工作压力高的要求,该系统特别配备了新研制的高压容器以及加压设备,可以快速、安全地将被测航天器加压至400个大气压以上,以保证型号测试的顺利开展。

  随着密封性测试系统能力的正式形成,总环部为全面迎接未来大型航天器的发展做好了充分的准备。


 【重大】测试能力再提升 天津基地添利器

2016-03-16 蔡晓懋 王勇 窦威 北京卫星环境工程研究所

     日前,位于天津滨海新城的我院大型航天器AIT中心再添利器,北京卫星环境工程研究所大型航天器密封性测试系统“首秀”成功。为满足大型航天器密封性测试的需求,历时2年多,我所自主研发、自行设计,建成了大型航天器密封性测试系统。这标志着北京卫星环境工程研究所测试能力再次提升,密封性测试能力达到国内领先、国际一流水平。

        该系统主要由土建和工艺设备组成。土建建设面积约2000多平米左右,可以同时满足六个大型航天器的并行密封性测试。工艺设备8类,配合使用,可以高效、快速、安全地完成对被测航天器的充气、加压、单点密封性测试、总漏率测试以及放气。其中,收集室为目前国内外尺寸最大、构型最复杂、难度最高的收集室。

“大房子”服务“大家伙”

       面向我国未来航天发展,大型航天器尺寸构型较大,相应建设的密封性测试系统也应相对较大。该总漏率测试系统中的核心测试设备——收集室系统,通过各种组合可以形成4种不同容积的子收集室,相对于原先的收集室,该收集室体积增大了7倍左右,这个“大房子”可容纳未来载人航天工程等大型航天器任一型号的密封性测试。

“变形金刚”一丝不漏

为充分考虑测试设备的通用性,收集室系统充分考虑了其容积可变。新建成的大型航天器密封性测试系统中,收集室系统中的一个子收集室,整体构型为一个立方体,其中3个面设计为可活动面,收集室的大小可根据需求灵活调整,这就创造出了“变形金刚”似的收集系统,可满足各类大型航天器的密封性测试需求。

       在满足不同型号尺寸要求的同时,该系统还有效解决了其纵向密封和横向密封交叉的问题,使这个“变形金刚”达到严格的密封要求。这是研制过程中的难中之难。我所技术人员巧妙地采用外门加内门框的结构型式,破解了这一难题,实现了收集室在高度方向上的变容。为了实现收集室在水平方向上的变容,设计人员又特别采用了门框周边充气密封的结构型式。设计完成了“变形金刚”理论上的“一丝不漏”后,调试阶段,设计人员先后采用了加强隔板刚度、控制密封条充气压力、加强密封预紧力、金属对接面薄膜密封等多项控制措施,全面实现了4个子收集室的密封性能均优于设计值一倍的好效果。

新技术解决新问题

          通常来讲,密封性测试周期的三分之二时间是在充气、放气,而大型航天器由于被测对象的容积更大,这就意味着充气、放气的时间更长。为提高测试的效率,该系统特采用自动充放气以及加压技术,在满足被测对象充气、放气具体要求的情形下,最大限度地缩短充气、加压、放气的时间,预计工作时间将缩短2倍。同时,我所将数字化虚拟技术应用于密封性测试,使测试的全过程可视化、信息化,保证了测试全过程显性、可视,测试结果自动记录、处理、查询并可追溯。

        面临大型航天器不仅尺寸大,工作压力也高的实际,为满足被测航天器高压的要求,该系统特别配备新研制的了高压容器以及加压设备,可以快速、安全地将被测航天器加压,以保证型号测试的顺利开展。

        天津大型航天器AIT中心密封性测试系统的正式投入使用,为北京卫星环境工程研究所打造国际一流的AIT中心迈出了坚实的一步,也为全面迎接未来大型航天器的发展做好了充分的准备。


中建三局第二建设工程有限责任公司北京公司天津航五三期项目顺利通过竣工验收

发布日期:2015-12-21 16:43:53 

       本报北京讯(通讯员王丽珍)12月17日 ,由北京公司承建的第七个航天系统工程,也是中国航天系统地下最深、地上单层最高、单体最大的标志性工业厂房——超大型航天器总装测试试验中心厂房项目顺利通过竣工验收,标志着工程建设圆满完成。

        超大型航天器总装测试试验中心厂房项目是中国航天系统的标志性建筑,该工程造价4.15亿元,建筑面积6.5万平方米,是跨度48米的钢排架厂房,最大檐高62.6米。该工程肩负着未来超大型航天产品的总装、检漏、精测、质测、综合测试等任务,落成后将全面提升中国航天在超大型航天器领域的生产和试验能力,并在载人航天三期空间站、大型通信卫星和遥感卫星等超大型航天器总装、电测和试验条件的实现道路上迈出振奋而坚实的一步。


天津AIT中心大型航天器质量特性测试能力建设顺利完成

        北京卫星环境工程研究所大型航天器质量特性测试设备在天津大型航天器AIT中心顺利完成安装、调试。该套设备由17吨质心测试台和25吨转动惯量测试台组成,为北京卫星环境工程研究所自主研发完成的国内首套大量程、高精度质量特性测试设备。设备的建成标志着五院航天器质量特性测试能力具备国际先进水平。

       大型航天器质量特性测试设备将主要承担载人航天空间站等大型型号质量特性的测试任务。该测试能力的建设完成,极大提升了北京卫星环境工程研究所的测试设备设计能力,提升了我国航天器的测试能力,也为后续型号的质量特性测试工作奠定了坚实的基础。


KM8空间环境模拟器液氮贮存汽化系统设备吊装就位

       北京卫星环境工程研究所KM8空间环境模拟器液氮贮存汽化系统设备成功完成吊装就位,标志着KM8氮系统正式进场施工,为整套空间环模设备建成并投入型号试验奠定了重要基础。

       KM8空间环境模拟器是北京卫星环境工程研究所在天津大型航天器AIT中心建设的热真空试验设备,将主要承担载人航天空间站等等大型型号热平衡、热真空试验。

       液氮贮存汽化设备的成功吊装为后续节点的按时完成提供了有利保证。


天津大型航天器AIT中心总装测试厂房正式投入使用

      日前,中国航天科技集团公司五院总环部天津大型航天器AIT中心总装测试厂房迎来第一批“客人”,型号总装工作目前正在有序展开。这标志着天津大型航天器AIT中心开始投入使用,全面建成之后,该中心将承担起我国载人空间站等大型航天器总装、集成、测试等工作的重任。

      根据型号总装、测试、试验等工艺流程,按照科研、装配、测试、大型试验、专业试验模块化设计思想,该AIT中心布局了装配区、测试区、大型试验区,并配有先进的转载输运平台、自动化库房系统、信息化的装配工位,以及建设中的自主研发的大型试验设备,包括KM8、140吨振动台、二维变容收集室等,将满足我国后续大型航天器的装配、测试等工作。

      由于新的总装测试厂房刚刚投入使用,新设备、新状态、新环境、新人员多种“新元素”给现场工作带来了极大挑战。面对多种新情况,五院总环部及早着手、充分准备,提前抓、科学干,协调解决大量难题,确保型号任务圆满完成。

注:AIT是assembly, integration,test的缩写


天津超大型航天器总装测试试验中心厂房工程完工

2015/05/21 

  4月28日,中国中冶所属中国二十二冶集团金结公司参建的天津超大型航天器总装测试试验中心厂房工程完工。

  天津超大型航天器总装测试试验中心由中国空间技术研究院投资建设,项目位于天津市滨海新区科技园,占地约100亩,建筑面积约10万平方米,中国二十二冶集团金结公司承担了超大型航天器总装测试试验中心厂房钢结构制作任务,钢结构总量6500余吨。

  天津超大型航天器总装测试试验中心承担着中国载人空间站的总装、测试和试验任务,同时兼顾通信卫星、大型遥感卫星等超大型航天器的研制需求。该中心建成后,具备年总装、测试和试验6至8颗超大型航天器能力,将满足中国未来15至20年研制生产载人空间站、超大型通信卫星、大型遥感卫星等需求。

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