《载人航天工程空间对接机构制造与测试技术》

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对接机构是中国921工程交会对接任务的关键技术,是实现空间飞行器交会对接的执行机构,是载人航天后续活动的基础产品。对接机构是国际上公认的技术难度大的航天器,代表一个国家制造领域的先进水平,只有俄罗斯能够独立研制和生产。开展对接机构制造和测试技术研究,突破关键工艺技术瓶颈,为921工程提供合格配套,具有十分重要的意义。对接机构制造与测试技术主要围绕对接环、对接框等大型复杂构件的精密加工,对接环特殊焊缝的精密焊接,钛合金零件PIIID“梯度过渡”式复合强化膜的设计与制备技术,以差动组合、对接锁等重要传动部件为代表的环境测试技术,对接机构总装装调与测试技术等方面来开展。关键创新点:(1)发明钛合金零件表面“全方位离子注入与沉积复合强化”处理方法,制备了“梯度过渡”式复合强化膜层,解决了钛合金材料常规表面强化处理导致零件变形大、脆化失效的技术难题,满足了钛合金关键零件在空间环境下大负载、耐磨损、防“冷焊”、长寿命的性能要求,锁钩承载30-35KN、正常工作大于50次,偏心轴磨损低于0.02mm。(2)提出“实时动态测量与装调”技术,开发了对接环空间姿态一致性测量装置,实现对接环空间姿态的实时测量和在线装调,开发了对接锁系运动同步性测量装置,实现锁钩运动钩间距同步性和钢丝绳动态张力的实时测量和在线装调,保证对接机构总装精度一致性,大幅提高工作效率,将总装综测时间由原来45天缩短到10天以内。(3)提出面向特征的变形可控工艺策略和精度保证方法,综合考虑对接环、对接框零件加工中多源误差(加工颤振、刀具磨损、装夹变形等)的影响,建立零件待加工特征目标精度与“机床一夹具一刀具”工艺系统的映射关系:制定减少加工误差的措施,零件加工合格率100%。(4)提出“双薄层打底、小间隙多次循环盖面”的焊接技术,采用高频电磁辅助熔池振动方法,实现对接环低应力、小变形、无缺陷的焊接加工,焊缝质量达到G2698-95-级标准,焊接变形量小于3mm,合格率由原来的30%提高到100%。该项目先后获得专利授权21项(其中发明专利3项),专利受理16项(其中发明专利13项),软件著作权登记6项,发表论文10余篇,研制出一批功能齐全的加工、测试和试验工艺装备,形成完整的生产工艺规程,并经过4套初样产品、5套正样产品的充分验证。运用该技术研制的对接机构进行了两次飞行试验:2011年11月:神舟八号飞船和天宫一号实验舱成功进行了首次无人交会对接试验,2012年6月,神舟九号飞船与天宫一号实验舱进行了首次载人交会对接试验,两次空间交会对接任务均取得了圆满成功。对接机构的成功研制,突破了921工程发展的关键技术,为中国空间站的研制和建设奠定了基础,使中国成为继俄罗斯之后第二个独立掌握对接机构制造与测试技术的国家,不仅提升了国家航夭技术水平,提高了国际综合竞争力,更增强了民族自信心和凝聚力,其经济与社会效益是无法估量的。该技术己经成功应用到探月工程和其它卫星型号中相关对接类产品的研制。

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