《面向大型空间飞行器的精密装配关键技术与装备研发及应用》

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总装是大型空间飞行器研制过程中的重要环节,其质量直接决定飞行器可靠性和寿命。随着中国载人航天等国家重大工程的开展,空间飞行器总装面临尺寸更大、重量更重、功能更复杂、集成度更高、精度要求更苛刻、研制周期更短等新特点,传统的串行的试错式为主的装配方法已经无法满足空间飞行器研制需求。

项目产学研紧密结合,通过10多年努力,建立了大型空间飞行器的总装工艺-精确测量-工艺装备的系统方法,研发了具有大型空间飞行器总装的13套软硬件装备,并集成应用于中国首个货运飞船天舟一号等空间飞行器总装,保障了国家重大工程的顺利实施,具体创新成果和指标如下:

1)提出了基于多系统交互融合的大型空间飞行器精度测量与补偿方法,实现了多种测量系统统一基准的并行式测量,使得位置测量精度由0.2mm提高至0.08mm,陀螺指北精度提高了3倍(小于),天地精度一致性可信度提高了95%,将大型空间飞行器研制过程中的测量周期缩短了近50%,解决了大型空间飞行器精度测量和补偿的系列难题;

2)提出了一种基于物理属性的柔性线缆建模与装配过程仿真方法,实现了空间飞行器刚柔混合的三维装配过程仿真与优化,解决了整器集成装配仿真中的柔性体仿真瓶颈问题,以及线缆装配严重依赖人的经验和反复试装的难题,线缆装配作业一次合格率达到99%以上;

3)提出了基于数字样机的大型空间飞行器总装工艺设计及集成应用方法,建立了集三维模型、产品结构和产品属性为一体的空间飞行器总装工艺数字样机和总装实做数字样机,打通了总体设计、工艺设计与总装生产现场执行数据的传递链路,形成了基于数字样机的大型空间飞行器三维结构化总装工艺设计、集成仿真及实施方法,实现了大型空间飞行器总装工作由传统串行试错式的研制模式向精细化、可控可预测、数字化协同模式的转变,总装工艺准备时间缩短20%;

4)提出了货运飞船的复杂异型大重量货物高密度装载工艺与装备,实现了以4倍方包、航天服、气瓶组件为代表的复杂异型大重量货物安全、高效地通过狭小舱门,并在密闭舱体内吊装翻转,最终完成准确定位和安装。确保了货运飞船各型货物的一次装载合格。

成果已授权国家发明专利25项,获批国家软件著作权8项和标准3项,发表学术论文98篇。成果已成功应用于天舟一号货运飞船、神舟系列载人飞船、嫦娥三号探测器等空间飞行器中,近三年共节支3800万元,创造间接经济效益9616.8万元,经济和社会效益显著。

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