日前，“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器探月任務(wù)圓滿完成。探月返回過(guò)程中，軌道器、返回器組合體與上升器能否完成交會(huì)對(duì)接是決定“嫦娥五號(hào)”是否可以將月壤帶回地球的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了真實(shí)驗(yàn)證“精準(zhǔn)接，無(wú)縫轉(zhuǎn)”的交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移過(guò)程，需要在地面開(kāi)展GNC全物理仿真試驗(yàn)，而這個(gè)試驗(yàn)就是在天津市微低重力環(huán)境模擬技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成的。為此，記者來(lái)到位于天津高新區(qū)的這個(gè)“將太空環(huán)境搬回地球”的實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室里，總面積達(dá)1200平方米的大型超平支撐平臺(tái)本體是由200塊特供的天然濟(jì)南青花崗巖拼接而成的，濟(jì)南青花崗巖具有抗壓強(qiáng)度高、耐腐蝕等良好的物理特性，是建造大平臺(tái)的理想材料，但只在特定區(qū)域產(chǎn)出，且產(chǎn)量很少。在設(shè)計(jì)之初科研人員曾考慮過(guò)鑄鐵，但是鑄鐵的平臺(tái)維護(hù)性較差，手觸、生銹、除銹都會(huì)破壞平臺(tái)的平整度，最終還是選擇了濟(jì)南青花崗巖。

“地面交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)使用的敏感器和執(zhí)行器都是真實(shí)產(chǎn)品，要模擬它們?cè)谔窄h(huán)境中的對(duì)接狀態(tài)，需要用通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴噴氣產(chǎn)生的只有數(shù)十牛的推力來(lái)讓數(shù)噸重的模擬器改變軌道和姿態(tài)。”實(shí)驗(yàn)室技術(shù)負(fù)責(zé)人李躍華告訴記者，“單塊平臺(tái)水平度達(dá)到2角秒，拼縫高度差達(dá)到10微米的大型超平支撐平臺(tái)。保證‘嫦娥五號(hào)’的模擬器在平臺(tái)上進(jìn)行近乎無(wú)摩擦的運(yùn)動(dòng)，從而驗(yàn)證探測(cè)器交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)。”

除了選材，大型超平支撐平臺(tái)在建設(shè)時(shí)從地基、支撐機(jī)構(gòu)、平臺(tái)本體到控制系統(tǒng)和調(diào)平系統(tǒng)等多方面都充滿了挑戰(zhàn)。針對(duì)天津的地質(zhì)條件，科研人員采用摩擦樁和高標(biāo)號(hào)水泥澆筑的方法，為整個(gè)大平臺(tái)建設(shè)提供了一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。為了加強(qiáng)設(shè)備基礎(chǔ)與支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間的連接貼合性與接觸剛度，科研人員還將高精度的花崗巖墊石澆注在地基內(nèi)。

記者了解到，地基與平臺(tái)之間采用的支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是天津航天機(jī)電設(shè)備研究所具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。每塊平臺(tái)下方由6套支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于3點(diǎn)確定1個(gè)平面，因此，其中3根為主支撐，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)平臺(tái)位姿；3根為輔助支撐，負(fù)責(zé)增加平臺(tái)的支撐剛度，1200根支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，保證了模擬器即便在最惡劣工況下仍能順利通過(guò)拼接縫。

控制系統(tǒng)是平臺(tái)下方1200根支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的大腦，負(fù)責(zé)接收檢測(cè)車回傳的平臺(tái)水平度數(shù)據(jù)，并精確計(jì)算每個(gè)支撐的運(yùn)行量。天津航天機(jī)電設(shè)備研究所設(shè)計(jì)了基于CANopen總線的分布式控制系統(tǒng)，通過(guò)閉環(huán)控制，保障了調(diào)節(jié)精度要求。

要將200塊花崗巖調(diào)整到水平度和拼接縫高度滿足試驗(yàn)參數(shù)要求，工作量極其龐大且繁瑣，且數(shù)據(jù)差之毫厘，謬之千里。實(shí)驗(yàn)室研制了自主巡航的檢測(cè)車對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行精度測(cè)量和自動(dòng)調(diào)平，相比傳統(tǒng)人工檢測(cè)與調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)間從1—2個(gè)月縮短到24小時(shí)，大幅提高了工作效率和支撐平臺(tái)的保障能力。

“大型超平支撐平臺(tái)”是氣浮式微重力試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)設(shè)施，在其上能夠開(kāi)展大量的試驗(yàn)研究工作。目前除“嫦娥五號(hào)”任務(wù)外，該平臺(tái)還開(kāi)展了空間站大型展開(kāi)機(jī)構(gòu)等10余項(xiàng)各類型號(hào)和創(chuàng)新的試驗(yàn)任務(wù)。未來(lái)還將為載人登月、空間編隊(duì)飛行、深空探測(cè)等重大工程任務(wù)提供強(qiáng)有力的支撐。

“大型超平支撐平臺(tái)的成功研制使我國(guó)徹底告別了手工調(diào)試平臺(tái)的歷史，氣浮支撐平臺(tái)物理仿真一舉躍進(jìn)世界領(lǐng)先水平。”李躍華表示。下一步，天津航天機(jī)電設(shè)備研究所將不斷迭代發(fā)展大型超平支撐平臺(tái)技術(shù)和低微重力模擬仿真技術(shù)，為更多的用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。