對於同步衛星來講,地麵模擬試驗,也是非常重要的一個步驟,畢竟如果不進行這一步實驗。
冇有人知道衛星在被送上天空後,會出現怎樣的局麵,會不會因為某些原因損壞。
但進行了實驗,很多事情就可控了,可以提前把問題扼殺在搖籃之中。
楊教授站起來後,也是直接道:“各位同誌都知道,同步衛星要在公裡的軌道上工作,太空的真空、高低溫、輻射,咱們得在地麵複現出來,可咱們的設備條件,差得太遠了!”。
說到這裡楊教授也是有些無奈的頓了頓,雖然地麵模擬試驗是第二階段的事情。
但在年初接到這一項任務的時候,他就已經開始收集各國能弄到的數據、參數,開始為實驗做準備,但其中的難度確實很大,比起東方紅一號當時的實驗來講,難度上升了不止一個等級。
停頓一下後,他這才又道:“在太空中在軌向陽麵溫度超100c,背陰麵低至-100c,可咱們全星級的真空罐就一台,真空度最高隻能到10??pa,跟在軌的10??pa差了四個數量級,根本模擬不了材料的‘出氣效應’,
溫變速率也跟不上,在軌從- 50c升到80c隻要1.5小時,咱們的設備得4小時,還經常出故障。
還有還有力學環境模擬,這一次火箭發射的振動頻率很可能達到2000hz,可咱們的振動台最高隻能到1000hz,承載能力也不夠,全星整合後重量超2噸,振動台扛不住,
過載試驗更讓人揪心,火箭上升段最大8g的過載,咱們的離心機最多隻能出5g的力,還冇法模擬‘過載加振動’的真工況。
其次就是同步軌道處於地球輻射帶,高能粒子有可能會導致元器件 “單粒子翻轉”,就比如通訊載荷的存儲單元數據出錯、姿態控製的邏輯電路誤觸發等。
但現在我們國內冇有輻射模擬設備,無法開展輻射效應測試,隻能通過 “理論計算+地麵長時通電”間接驗證 ,但理論計算受限於輻射環境數據不足,長時間通電又無法模擬高能粒子的瞬時衝擊,
很可能導致衛星在軌存在隱性故障,像是通訊載荷突然斷聯、姿態短暫失穩等等!
這些都是有可能發生的,想要能讓同步衛星,安穩的在太空工作數年,這個問題必須要解決。
等到楊教授,錢教授也站了起來道:“我也來說說,運載火箭上出現的一些問題,雖然現在我們已經解決了一些問題,但現在還有不少技術要等待攻克。
首先就是動力係統。
現在咱們氫氧發動機還啃不動,隻能用常規發動機來挑大梁,李工在之前也提出來了一個方案,那就是用多台發動機並聯起來,組成新的發動機,經過我們的研究,這一方案也確實可行。
第一級我們將4台YF-20發動機並聯,組成YF-21發動機,不過這可不是“捆筷子”的活,比想象中難十倍,需要解決“推力同步”的問題,經過我們三個月的努力,終於解決了這一問題。
而第二級我們也在一個月前,完成了研究,這一級我們以YF-20為基礎進行了改進,研究除出了YF-22發動機來當主機,又配上了四台小推力的遊動發動機,共同組成了YF-23發動機,
它主機負責衝速度,遊機負責穩姿態,兩者的信號聯動靠機械連桿鏈接,主機推力變化時,連桿帶動遊機閥門微調,比電子控製係統靠譜多了,經過我們的實驗,其推力完全可以滿足火箭“加速跑”的問題。
但這最難的就是第三級。
第一級、第二級的成功,算是給長征三號鋪了半條路,可最關鍵的第三級,這級要托著衛星在公裡高空變軌,真空兩次點火、雙向搖擺調姿,這兩個硬指標,直接把我們的研究逼到了死角。
兩次點火李工提出了一個思路,那就是在發動機中模擬出一個類似地麵的點火環境,我們試驗過,這一方案確實可行,但依舊有很多問題要解決……。”。
聽著錢教授說的那些問題,眾人也陷入到了沉默,想要解決確實很難,雙向搖擺機構不僅要靈活還要結實,這兩者本來就有些衝突。
還有基礎效能的問題,畢竟原型是YF-22,這種發動機的推力可不足以支撐把衛星送到同步軌道。
說法發動機,錢教授就又說起了其他問題:“再說說箭星分離,這步可以說是“臨門一腳”,衛星從箭體上“下來”的時候要是磕著碰著,前麵所有功夫都白費,
同步衛星的載荷艙裡全是精密儀器,最嬌貴的儀器,稍微受點衝擊就可能出現問題,所以分離時的衝擊力必須控製在可控範圍內,這是死要求。
這個最好的解決辦法就是用液壓緩衝器,靠油液流動卸力,平穩又精準,但現在國內的技術很難製造出來,精密液壓閥的加工精度根本達不到,車間裡最好的車床車出來的閥芯,密封麵一壓就漏,試了幾次,油液漏得滿地都是,緩衝力忽大忽小,根本冇法用,這個我們要想想辦法解決。
最後就是推進劑的管理,第三級的推進劑要是剩個幾公斤,箭體重心一偏,衛星入軌精度就全完了。
現在國外用的是表麵張力貯箱,靠毛細作用把推進劑吸到出口,咱們冇這加工精度,隻能想笨辦法搞機械浮球,可YF-40的貯箱我們無法設計那麼大,浮球裝進去後總被管路擋住,上次試驗浮球卡在上半部分,推進劑剩6公斤。
如果按照這個計算軌道偏差要達到300公裡。
為瞭解決這一問題,我們試著把浮球改成扁平的,用黃銅測了五個樣品,每個都要在煤油裡泡三天測浮力,但直到現在還冇找到完全合適的,這幾個就是我們目前急需要解決的問題。”。
……
等眾人把問題一一說完,聶領導才抬手壓了壓會議室裡的議論聲,目光掃過眾人道:“這些問題大家也都聽到了,接下來咱們的任務就是把這些問題掰開了揉碎了,找到最好的解決辦法,來解決這些問題,大家有冇有冇有信心。”。
聞言李梟也是保證道:“聶領導,這些問題雖牽涉麵廣,但我們有信心,接下來我會牽頭把力學、材料、機械三個方向的專家整合起來,
結合咱們廠的設備條件、材料供應現狀,走‘理論簡化+工藝創新’的路子,儘快拿出解決方案來。”。
“我也完全讚同李教授的思路!我是搞材料的,其中幾個問題也可以從材料方麵入手,咱們不能等靠要自己,接下來我也會加快對新型材料的研究,重點改良耐高溫、抗疲勞的指標,看看能不能弄出新材料。”,這個時候有一名專家道。
聽到眾人這麼說,聶領導也是道:“好,你們身上的這股鑽勁、闖勁,就是咱們國家科技進步的希望!
雖然現在我們已經與很多國家取得了建交,但在技術方麵依舊是封鎖打壓的狀態,國內條件又有限,這些技術難題,就是橫在我們麵前的‘攔路虎’。
但越是這樣,咱們越要爭口氣,不僅要解決問題,還要拿出咱們自己的解決方案,讓彆人看看,
不過大家也要注意身體,來保護好,我知道大家都想快點出成果,恨不得連軸轉,但身體垮了,反而會耽誤進度,
大家要該睡覺就睡覺,該吃飯就吃飯,要是覺得累了、不舒服了,彆硬扛,咱們打的是持久戰,身體纔是革命的本錢,把身子骨養結實了,才能一步步把問題解決掉。”
聞言實驗室內眾人也是紛紛表態,等到聶領導走後,眾人就開始討論了起來。
這一討論就是五六日,也是大概有了一個章程。
像是熱介麵的問題,眾人討論就討論出了兩套方案。
一套是調整設備安裝間距,將通訊載荷與電池組拉開10cm以上距離,中間用鋁製隔板隔開,
通訊載荷核心部件貼加厚鋁製散熱板,散熱板表麵刻導流槽,增強被動散熱效率,電池組外層裹多層絕熱棉,隔絕載荷散熱影響,避免溫度超 45c。
其次就是采用“導熱帶+隔熱墊”組合方案,在通訊載荷與電池組之間鋪設銅製導熱帶,也就是利用銅的高導熱性,將載荷核心熱量導至衛星殼體散熱,然後在電池組外側包裹多層石棉隔熱墊阻斷熱量傳導。
但這樣做雖然能夠在一定程度上解決這一問題,保險起見,眾人又想到了一個辦法,那就是將通訊載荷的發熱部件朝向衛星向陽麵,利用在軌散熱,電池組朝向背陰麵,通過衛星自轉實現熱平衡。
隻不過這些都還隻是一個研究方向,之後還需要經過地麵測試才能確定那個方案更好用。
至於電磁相容的問題,也隻能用土法遮蔽+佈局優化的方案來解決。
調整設備佈局,將通訊載荷高頻轉發器與姿控係統陀螺、加速度計錯開安裝,兩者之間的間距至少要在60cm以上,
此外姿控電機的電源線也要采用 “雙絞線 + 銅絲纏繞”的工藝,減少電磁輻射,通訊載荷的高頻轉發器外殼加裝薄鐵皮遮蔽罩,接縫處用導電膠密封,來避免電磁泄漏。
至於電磁遮蔽,這個也隻能夠優化遮蔽結構,用薄鐵皮遮蔽罩接縫處用銅箔貼合壓實,線纜穿孔處套銅製套管,減少電磁泄漏通道,關鍵線纜采用 “銅絲纏繞+絕緣套管” 雙重防護,纏繞銅絲密度提升至每厘米5圈以上,增強遮蔽效果。
采用“分區遮蔽+耳機監聽” 組合法,逐區域給設備加遮蔽、逐段給線纜纏銅絲,同時用耳機實時監聽通訊信號雜音,定位乾擾源後針對性加固。
雖然這個方法慢了一些,但卻是這個年代最好的解決方法。
重量問題,隻能削減非關鍵部件冗餘結構,比如簡化衛星外殼非受力區域厚度,去除多餘支架、螺栓,結構支撐梁改用空心管,焊接工藝改進為 “雙麵對焊+加固片”,一些部位全部換成高級合金材料。
當然就算是減重也不是隨便減的,需要按“先非關鍵部件、後輔助結構” 順序減重,每減重1KG就要做一次強度測試,確保衛星的安全。
而在地麵模擬試驗方麵。
隻能用 “土法替代+流程優化”來彌補設備的短缺,在真空罐內壁塗抹真空油脂,就能夠減少漏氣,增加抽真空時間,將真空度提升至10??pa,雖未達10??pa,但足夠能初步模擬出氣效應,然後在通過觀察材料表麵是否有凝霜判斷揮發情況。
還有就是加速溫變速率,在真空罐內加裝 “電加熱絲+乾冰槽”,加熱時通電、降溫時注入乾冰,將溫變速率從4小時壓縮至2小時,冬季利用室外低溫,在漠河進行實驗,將設備放在帆布棚內,再利用材料降溫。
其中最麻煩的就是空間輻射模擬。
隻能先從完善理論計算入手,收集高空探測火箭傳回的少量輻射數據,結合國內外公開文獻碎片,用計算機補充輻射環境參數,優化理論計算模型。
之後再把衛星上的關鍵元器件,諸如信存儲單元、姿控邏輯電路,做長時通電+高低溫循環疊加測試,模擬輻射長期影響,篩選抗乾擾能力更強的器件,或者說根據缺陷進行優化。
力學環境模擬方麵,也隻能進行拆分測試+耦合分析,將衛星拆分為平台、載荷、電源三個模塊,分彆在振動台上測試,然後在記錄各模塊的共振頻率和強度。
用計算機算出全星耦合後的力學響應,推算高頻振動對精密器件的影響,對陀螺等關鍵部件,找出衛星薄弱環節,針對性加厚結構、增加緩衝部件,避免在軌高頻振動損壞器件。
衝擊台測試時,要重點模擬衛星分離瞬間的衝擊場景,測試後逐一檢查元器件焊接點、連接件緊固狀態。
至於過載模擬,也就隻能夠使用沙袋加壓+振動台的方案了。
將沙袋用帆布包裹,按衛星結構均勻分佈,再用鐵絲固定,模擬8g過載,然後取多輪測試的平均值修正誤差,提升定性驗證的參考價值。
可以說這些辦法很多都是冇有辦法想出來的招,要是儀器設備足夠,根本就用不到這麼麻煩,但好在還有這些招可用,否則就更麻煩了。