航天器：验证一丝不苟，体验严丝合缝

科普云 2017-09-17 作者：吕芮光

　　航天器研制过程一般分为四个阶段：技术研究，又称“概念”研究、方案论证、初样研制和正样研制。在航天器正式开展工程研制前，要进行技术研究，根据航天器用户的需求预测航天器的发展趋势，提出总体技术性能指标。

　　航天器有什么样的研制过程

　　人类目前已发明了3种用于探索开发和利用太空的航天器，即载人航天器、人造地球卫星和空间探测器。研制过程和它们的外形一样各不相同、千姿百态。研制过程分为4个阶段，各种航天器的研制过程大致相同，一般经历技术研究，又称“概念”研究、方案论证、初样研制和正样研制。在航天器正式开展工程研制前要进行技术研究，根据航天器用户的需求预测航天器的发展趋势，提出总体技术性能指标。所要研制航天器的方案论证，是在航天器研制任务正式下达或立项之后，进入工程研制的第一步。根据研制任务书确定，航天器使用要求和性能指标，结合工艺技术水平、材料和元器件等条件，选出整体优化的总体方案。初样研制是指，研制出能进行地面试验的航天器工程样机，包括温控航天器、电性航天器和结构航天器等。确定总体方案及分系统初样设计任务书的要求，对各系统进行计算、设计。航天器制造厂要装备保证产品制造质量，必需的工装夹具，要编制出正规的工艺生产文件，并组织试制生产出可以进行，各项地面试验的工程样机。

　　当研制出最终上天的航天器（常称为“正样”）就是正样研制了。正式的产品制造出来后，要进行一系列验收试验和鉴定试验等。达到正样研制任务的要求后，就可以准备发射了。

　　神舟五号载人飞船

　　航天器在上天前为什么要进行环境模拟试验

　　航天器出厂后要经过运输、发射、入轨和轨道运行等阶段。例如，在强大推力作用下发射，航天器会受到剧烈的冲击、气动加热和振动噪声；航天器进入轨道后，又要经受严酷的高真空、高低温度交变、失重、空间粒子辐射甚至微流星体撞击。另外，由于研制周期长、成本高、生产数量少，如果上天后出现了问题极难补救，航天器要求有很高的可靠性。

　　发射航天器前要进行地面环境模拟，试电磁兼容性试验，看它在严酷的发射环境和轨道运行环境条件下，能否可靠地工作，以此来检验航天器的性能。主要从5个方面进行航天器的环境模拟试验。

　　模拟航天器在发射阶段、返回阶段所经受的振动环境是振动试验。在巨大的振动试验台上把航天器固定，各个典型部位都安装传感器，用来测量各点的振动量级的大小。振动台一旦加电工作，就带动航天器一起振动。振动的频率像一头雄狮在怒吼，由低向高不断地增加。通过这样的考验，不论是设计问题，还是工艺问题、装配质量问题，哪怕是一个螺丝钉没有拧紧、一丝焊点松动，都会在3种振动面前原形毕露。

　　模拟运载火箭发动机，发动机点火工作、对航天器产生的冲击等是冲击试验。这种试验常用跌落式或撞击式冲击台进行，达到地面重力加速度的几百倍甚至上千倍的冲击加速度；也可用振动台模拟合成冲击谱或瞬态冲击波。还可用爆炸产生振荡型冲击，用真实火工品模拟爆炸螺栓分离解锁时的冲击。

　　模拟运载火箭与大气的摩擦而产生的气动噪声、发动机工作时产生的噪声产生的气动噪声，是噪声试验。模拟航天器发射时经受的过载，即承受的加速度是加速度试验。大多在离心机上完成。

　　模拟航天器在轨道上的运行环境，包括空间的深冷温度、高真空和高低温度交变是真空试验。需用真空罐在地面创造出真空的环境，内壁铺设了通液氮的管子，管内充以液氮后，真空罐内的温度能降低到-100°C，由各种真空泵组成的抽真空系统和测量控制系统在它的外部。有一个既能保证密封又可以开关的盖子在密封罐旁边，航天器就从这里进入罐内。在罐内还同时设有模拟太阳照射的光源。试验一开始，被抽成真空的罐子开始降温，进行高低温度的交变。

　　按照工作程序，航天器在这样的环境中，要连续几天甚至十几天的试验，考验在这样的环境条件下航天器及其各种仪器设备能否可靠地工作，达到预期的性能。此外，还有空间粒子辐照试验、电磁兼容性试验等。随着科技的不断发展，环境模拟试验可以用计算机模拟进行，即节省了人力，又节省了物力和财力。

　　航天科技成功研发推力电动振动试验系统

　　航天器总装中，为什么对总装厂房有要求

　　把航天器所有的仪器设备，可靠地固定到所要求的位置，就是航天器总装。通过导管和电缆将它们连接起来，做成满足上天后要求的整体，在发射进入轨道后保证航天器可以正常工作。对总装厂房有较高的要求，在航天器总装中。例如，为了保证航天器质量要求，一般航天器总装大厅操作区的环境为：温度15～25°C，相对湿度40%～60%,空气洁净度优于100000级，照明度100～300勒，噪声小于60分贝。