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对于同步卫星来讲,地面仿真试验,也是非常重要的一个步骤,毕竟如果不进行这一步实验。

没有人知道卫星在被送上天空后,会出现怎样的局面,会不会因为某些原因损坏。

但进行了实验,很多事情就可控了,可以提前把问题扼杀在摇篮之中。

杨教授站起来后,也是直接道:“各位同志都知道,同步卫星要在公里的轨道上工作,太空的真空、高低温、辐射,咱们得在地面复现出来,可咱们的设备条件,差得太远了!”。

说到这里杨教授也是有些无奈的顿了顿,虽然地面仿真试验是第二阶段的事情。

但在年初接到这一项任务的时候,他就已经开始收集各国能弄到的数据、参数,开始为实验做准备,但其中的难度确实很大,比起东方红一号当时的实验来讲,难度上升了不止一个等级。

停顿一下后,他这才又道:“在太空中在轨向阳面温度超100c,背阴面低至-100c,可咱们全星级的真空罐就一台,真空度最高只能到10??pa,跟在轨的10??pa差了四个数量级,根本模拟不了材料的‘出气效应’,

温变速率也跟不上,在轨从- 50c升到80c只要1.5小时,咱们的设备得4小时,还经常出故障。

还有还有力学环境仿真,这一次火箭发射的振动频率很可能达到2000hz,可咱们的振动台最高只能到1000hz,承载能力也不够,全星集成后重量超2吨,振动台扛不住,

过载试验更让人揪心,火箭上升段最大8g的过载,咱们的离心机最多只能出5g的力,还没法模拟‘过载加振动’的真工况。

其次就是同步轨道处于地球辐射带,高能粒子有可能会导致元器件 “单粒子翻转”,就比如通信载荷的存储单元数据出错、姿态控制的逻辑电路误触发等。

但现在我们国内没有辐射模拟设备,无法开展辐射效应测试,只能通过 “理论计算+地面长时通电”间接验证 ,但理论计算受限于辐射环境数据不足,长时间通电又无法模拟高能粒子的瞬时冲击,

很可能导致卫星在轨存在隐性故障,像是通信载荷突然断联、姿态短暂失稳等等!

这些都是有可能发生的,想要能让同步卫星,安稳的在太空工作数年,这个问题必须要解决。

等到杨教授,钱教授也站了起来道:“我也来说说,运载火箭上出现的一些问题,虽然现在我们已经解决了一些问题,但现在还有不少技术要等待攻克。

首先就是动力系统。

现在咱们氢氧发动机还啃不动,只能用常规发动机来挑大梁,李工在之前也提出来了一个方案,那就是用多台发动机并联起来,组成新的发动机,经过我们的研究,这一方案也确实可行。

第一级我们将4台YF-20发动机并联,组成YF-21发动机,不过这可不是“捆筷子”的活,比想象中难十倍,需要解决“推力同步”的问题,经过我们三个月的努力,终于解决了这一问题。

而第二级我们也在一个月前,完成了研究,这一级我们以YF-20为基础进行了改进,研究除出了YF-22发动机来当主机,又配上了四台小推力的游动发动机,共同组成了YF-23发动机,

它主机负责冲速度,游机负责稳姿态,两者的信号联动靠机械连杆链接,主机推力变化时,连杆带动游机阀门微调,比电子控制系统靠谱多了,经过我们的实验,其推力完全可以满足火箭“加速跑”的问题。

但这最难的就是第三级。

第一级、第二级的成功,算是给长征三号铺了半条路,可最关键的第三级,这级要托着卫星在公里高空变轨,真空两次点火、双向摇摆调姿,这两个硬指标,直接把我们的研究逼到了死角。

两次点火李工提出了一个思路,那就是在发动机中模拟出一个类似地面的点火环境,我们试验过,这一方案确实可行,但依旧有很多问题要解决……。”。

听着钱教授说的那些问题,众人也陷入到了沉默,想要解决确实很难,双向摇摆机构不仅要灵活还要结实,这两者本来就有些冲突。

还有基础性能的问题,毕竟原型是YF-22,这种发动机的推力可不足以支撑把卫星送到同步轨道。

说法发动机,钱教授就又说起了其他问题:“再说说箭星分离,这步可以说是“临门一脚”,卫星从箭体上“下来”的时候要是磕着碰着,前面所有功夫都白费,

同步卫星的载荷舱里全是精密仪器,最娇贵的仪器,稍微受点冲击就可能出现问题,所以分离时的冲击力必须控制在可控范围内,这是死要求。

这个最好的解决办法就是用液压缓冲器,靠油液流动卸力,平稳又精准,但现在国内的技术很难制造出来,精密液压阀的加工精度根本达不到,车间里最好的车床车出来的阀芯,密封面一压就漏,试了几次,油液漏得满地都是,缓冲力忽大忽小,根本没法用,这个我们要想想办法解决。

最后就是推进剂的管理,第三级的推进剂要是剩个几公斤,箭体重心一偏,卫星入轨精度就全完了。

现在国外用的是表面张力贮箱,靠毛细作用把推进剂吸到出口,咱们没这加工精度,只能想笨办法搞机械浮球,可YF-40的贮箱我们无法设计那么大,浮球装进去后总被管路挡住,上次试验浮球卡在上半部分,推进剂剩6公斤。

如果按照这个计算轨道偏差要达到300公里。

为了解决这一问题,我们试着把浮球改成扁平的,用黄铜测了五个样品,每个都要在煤油里泡三天测浮力,但直到现在还没找到完全合适的,这几个就是我们目前急需要解决的问题。”。

……

等众人把问题一一说完,聂领导才抬手压了压会议室里的议论声,目光扫过众人道:“这些问题大家也都听到了,接下来咱们的任务就是把这些问题掰开了揉碎了,找到最好的解决办法,来解决这些问题,大家有没有没有信心。”。

闻言李枭也是保证道:“聂领导,这些问题虽牵涉面广,但我们有信心,接下来我会牵头把力学、材料、机械三个方向的专家整合起来,

结合咱们厂的设备条件、材料供应现状,走‘理论简化+工艺创新’的路子,尽快拿出解决方案来。”。

“我也完全赞同李教授的思路!我是搞材料的,其中几个问题也可以从材料方面入手,咱们不能等靠要自己,接下来我也会加快对新型材料的研究,重点改良耐高温、抗疲劳的指标,看看能不能弄出新材料。”,这个时候有一名专家道。

听到众人这么说,聂领导也是道:“好,你们身上的这股钻劲、闯劲,就是咱们国家科技进步的希望!

虽然现在我们已经与很多国家取得了建交,但在技术方面依旧是封锁打压的状态,国内条件又有限,这些技术难题,就是横在我们面前的‘拦路虎’。

但越是这样,咱们越要争口气,不仅要解决问题,还要拿出咱们自己的解决方案,让别人看看,

不过大家也要注意身体,来保护好,我知道大家都想快点出成果,恨不得连轴转,但身体垮了,反而会耽误进度,

大家要该睡觉就睡觉,该吃饭就吃饭,要是觉得累了、不舒服了,别硬扛,咱们打的是持久战,身体才是革命的本钱,把身子骨养结实了,才能一步步把问题解决掉。”

闻言实验室内众人也是纷纷表态,等到聂领导走后,众人就开始讨论了起来。

这一讨论就是五六日,也是大概有了一个章程。

像是热接口的问题,众人讨论就讨论出了两套方案。

一套是调整设备安装间距,将通信载荷与电池组拉开10cm以上距离,中间用铝制隔板隔开,

通信载荷核心部件贴加厚铝制散热板,散热板表面刻导流槽,增强被动散热效率,电池组外层裹多层绝热棉,隔绝载荷散热影响,避免温度超 45c。

其次就是采用“导热带+隔热垫”组合方案,在通信载荷与电池组之间铺设铜制导热带,也就是利用铜的高导热性,将载荷核心热量导至卫星壳体散热,然后在电池组外侧包裹多层石棉隔热垫阻断热量传导。

但这样做虽然能够在一定程度上解决这一问题,保险起见,众人又想到了一个办法,那就是将通信载荷的发热部件朝向卫星向阳面,利用在轨散热,电池组朝向背阴面,通过卫星自转实现热平衡。

只不过这些都还只是一个研究方向,之后还需要经过地面测试才能确定那个方案更好用。

至于电磁兼容的问题,也只能用土法屏蔽+布局优化的方案来解决。

调整设备布局,将通信载荷高频转发器与姿控系统陀螺、加速度计错开安装,两者之间的间距至少要在60cm以上,

此外姿控电机的电源线也要采用 “双绞线 + 铜丝缠绕”的工艺,减少电磁辐射,通信载荷的高频转发器外壳加装薄铁皮屏蔽罩,接缝处用导电胶密封,来避免电磁泄漏。

至于电磁屏蔽,这个也只能够优化屏蔽结构,用薄铁皮屏蔽罩接缝处用铜箔贴合压实,线缆穿孔处套铜制套管,减少电磁泄漏通道,关键线缆采用 “铜丝缠绕+绝缘套管” 双重防护,缠绕铜丝密度提升至每厘米5圈以上,增强屏蔽效果。

采用“分区屏蔽+耳机监听” 组合法,逐区域给设备加屏蔽、逐段给线缆缠铜丝,同时用耳机实时监听通信信号杂音,定位干扰源后针对性加固。

虽然这个方法慢了一些,但却是这个年代最好的解决方法。

重量问题,只能削减非关键部件冗余结构,比如简化卫星外壳非受力区域厚度,去除多余支架、螺栓,结构支撑梁改用空心管,焊接工艺改进为 “双面对焊+加固片”,一些部位全部换成高级合金材料。

当然就算是减重也不是随便减的,需要按“先非关键部件、后辅助结构” 顺序减重,每减重1KG就要做一次强度测试,确保卫星的安全。

而在地面仿真试验方面。

只能用 “土法替代+流程优化”来弥补设备的短缺,在真空罐内壁涂抹真空油脂,就能够减少漏气,增加抽真空时间,将真空度提升至10??pa,虽未达10??pa,但足够能初步模拟出气效应,然后在通过观察材料表面是否有凝霜判断挥发情况。

还有就是加速温变速率,在真空罐内加装 “电加热丝+干冰槽”,加热时通电、降温时注入干冰,将温变速率从4小时压缩至2小时,冬季利用室外低温,在漠河进行实验,将设备放在帆布棚内,再利用材料降温。

其中最麻烦的就是空间辐射模拟。

只能先从完善理论计算入手,收集高空探测火箭传回的少量辐射数据,结合国内外公开文献碎片,用计算机补充辐射环境参数,优化理论计算模型。

之后再把卫星上的关键元器件,诸如信存储单元、姿控逻辑电路,做长时通电+高低温循环叠加测试,模拟辐射长期影响,筛选抗干扰能力更强的器件,或者说根据缺陷进行优化。

力学环境仿真方面,也只能进行拆分测试+耦合分析,将卫星拆分为平台、载荷、电源三个模块,分别在振动台上测试,然后在记录各模块的共振频率和强度。

用计算机算出全星耦合后的力学响应,推算高频振动对精密器件的影响,对陀螺等关键部件,找出卫星薄弱环节,针对性加厚结构、增加缓冲部件,避免在轨高频振动损坏器件。

冲击台测试时,要重点模拟卫星分离瞬间的冲击场景,测试后逐一检查元器件焊接点、连接件紧固状态。

至于过载模拟,也就只能够使用沙袋加压+振动台的方案了。

将沙袋用帆布包裹,按卫星结构均匀分布,再用铁丝固定,模拟8g过载,然后取多轮测试的平均值修正误差,提升定性验证的参考价值。

可以说这些办法很多都是没有办法想出来的招,要是仪器设备足够,根本就用不到这么麻烦,但好在还有这些招可用,否则就更麻烦了。

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