你知道吗？ “天宫二号”这些部件“兰州造”（组图）

　　原标题：你知道吗？ “天宫二号”这些部件“兰州造”

　　斯特林制冷机

　　记者 孙理 文/图

　　2016年9月15日22时04分，伴随”点火“指令发出，火箭升空，在完成器箭分离、太阳帆板展开等一些列动作的正确执行，标志着“天宫二号”空间实验室发射任务取得圆满成功。看着电视的转播，兰州空间技术物理研究所(以下简称510所)的科研人员感到无比自豪，因为“天宫二号”上有不少关键设备凝结着他们的心血。

　　在“天宫二号”空间实验室任务中，510所主要承担的设备包括天宫平台设备和有效载荷设备两大类。其中天宫平台设备主要包括综合显示单元等仪表类设备，舱内及个人等照明设备，舱门检漏仪、舱门平衡阀等结构机构类产品，以及液路温度传感器等热控类产品。在“天宫二号”研制过程中，510所还为“天宫二号”新增了部分载荷类设备，主要用于空间实验室开展相关空间实验的工作。新增设备包括：空间综合材料实验炉、斯特林制冷机、气体捕集器。这3个设备在“天宫二号”保障实验的开展起到了关键的作用。

　　为空间材料研究提供实验装置

　　开展空间科学实验是“天宫二号”主任务之一。空间材料科学是伴随航天技术发展而产生的新兴交叉学科，是当今材料科学的前沿。

　　材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进化和文明发展的里程碑。在空间微重力条件下，浮力对流、沉淀、流体静力学压力等因素的影响变得很弱或者消失，为从事材料学研究提供了更有力的环境。同时微重力环境可以消除材料容器对最终产品的污染和影响，因此，空间材料科学研究成为一项非常重要的课题。

　　空间实验室可以为材料科学研究提供地面无法获得的微重力、超高真空、超净和强辐射等极端实验条件，通过空间实验研究有望攻克在地基材料制备中无法解决的难题，改善材料性能，促进地面相关材料产业的发展。

　　如何利用最小的空间设备开展多批次实验样品的管理和更换功能，实现在轨航天员参与操作功能是现阶段空间综合材料科学研究的难点。510所为此研制了新一代空间实验有效载荷——“天宫二号”空间综合材料实验炉。该设备主要用来满足某些空间高性能材料的空间实验需求。这些材料地面较难获得且具有重要科学应用价值，或属于某些关键领域的急需材料。510所科研团队紧密围绕科学研究目标，解决了多样品精密置换技术、位移精确控制技术、磁力隔离传动技术、样品夹持抗力学减振等技术，设备具有体积小、重量轻、功耗低、多样品、高效及高可靠等空间产品技术特点，可实现在轨维护与样品更换，代表了同期我国空间材料科学试验装置的技术水平。该装置的最大的特点在于利用最小空间设计了最多样品实验；密封性能良好，宇航员通过开、合盖操作可进行多批次样品实验。

　　2016年9月15日22时04分，“天宫二号”顺利升空。　新华社照片

　　空间综合材料实验炉

　　多项有效载荷保障空间试验开展

　　由于太空中的特殊环境，使得空间实验的开展不同于地面。510所专门为“天宫二号”研制了多项有效载荷，保证空间实验的顺利开展。

　　510专门为“天宫二号”研制的斯特林制冷机主要为某些对环境温度敏感的设备提供适宜的低温工作环境，保证设备的稳定工作。斯特林制冷机是空间应用的“能使”类技术产品，该产品的成功研制使得某些技术可以用于空间探测，比如超导技术。“天宫二号”斯特林制冷机主要为某设备内部的超导滤波器和低噪放大器提供液氮温区的低温工作环境。

　　由于斯特林制冷机内部存在较高频率的运动部件，其产品的寿命和可靠性一直是宇航级机械制冷技术无法逾越的技术壁垒。510所采用全柔性支撑的纯气动相位调节技术，使最大程度的降低了因部件运动带来的疲劳、磨损等失效风险，解决了产品应用的可靠性和长寿命问题，同时该技术也使斯特林制冷机在振动输出量级上具备明显优势，保证了被温控设备的稳定工作。

　　由于空间站需要在空间长期服役，因此对于设备的可靠性和维修性提出了更高的要求，“天宫二号”就承担着为我国空间站进行技术储备的重任。空间站液路温控系统主要依靠离心泵驱动液体工质来进行循环，如果液体管路中含有气泡则会改变液路温控系统中单一液体工质状态，形成气液两相共存的流体循环模式气体过多时将影响循环泵的正常运行，造成飞船身体温度调节系统紊乱——发烧、发冷、甚至于直接休克。

　　因此为了保证离心泵和温控系统的正常工作，需要通过模拟试验对气液两相流中的气体分离和排除功能进行验证。由于国内没有在航天器上做过同类项目，因此需要下大力气完善研制计划，把上天后的气体给“抓”出来。为此，510所宇航机电事业部和气体捕集器研制组经过反复讨论、多次研究，从2014年6月开始，气体捕集器研制组便开始了紧锣密鼓的方案设计工作和试验论证工作，最终确认采取离心分离原理将气泡从液体中分离出来。510所在“天宫二号”上研制的气体捕集器主要用来将管路中气液混合状态下的气体在捕集器内部里进行分离收集，当收集到一定量时由航天员操作放气阀放出。

　　为获取最精确的计时装置，在“天宫二号”空间实验室首次搭载冷原子钟，510所空间研制微重力测量仪完全可以满足表征微重力的数量级测量提供重要条件。

　　气体捕集器

　　软件中心为“天宫二号”保驾护航

　　“天宫二号”的成功发射和运行让510所软件中心的15名成员感动无比的骄傲和激动。因为，相对于“天宫一号”目标飞行器，“天宫二号”空间实验室搭载了全新配套的空间应用系统和载荷设备，其配套数量和系统复杂程度均创历次载人航天器任务之最，在众多复杂的系统软件中，由510所软件中心承制研发的软件配置项就有数十项。手控编码单元软件、综合显示单元DSP数据处理软件、手控编码单元FPGA、综合显示单元FP-GA、通讯调度软件、舱门快速检漏仪软件等软件系统都在“天宫二号”空间实验室中发挥着重要的作用，肩负着确保舱内环境和航天员安全、分系统稳定可靠运行的重要使命。

　　回顾研制攻关过程，充满了汗水与付出，也充满了收获与喜悦……这只最初有4名成员的队伍成长成了一个15人的大集体，平均年龄不到35岁的年轻团队，经过一次次的历练，在“天宫二号”的研制过程中发挥了骨干作用。许珩是软件中心原软件组的第一任组长，作为一个孩子的母亲，不仅要克服家庭中的重担，还要负责班组的管理、建设，以及完成自己负责的软件研制任务。因此，许珩经常放弃自己的节假日和休息时间，加班加点，不断提升自己的能力，加强专业知识的学习，并对航天软件型号产品所要求的各项标准，技术规范了如指掌。同时，许珩对软件研制过程中出现或可能出现的问题绝不放过，设计各类测试用例反复测试，在解决问题的同时还不忘举一反三，及时分享研制经验，提醒组内同志注意相似的问题，提高了型号软件产品的交付效率。由于长期的加班和出差，自己的小孩无人照料，只好推给自己年迈的父母，她经常说咬咬牙，挺一挺就过来了，可这一挺就挺了4年。

　　伴着天宫二号项目的推进，510软件中心不断积极开拓新项目，突破了显示交互技术、人机交互技术，使我所承担的显示类仪表由原来的低数据量、小屏、按键操作提升至大数据量、标准显示屏，现有型号项目的解决方案，已被应用于载人三期货运船的仪表系统综合显示单元核心处理设备，为后期空间站综合显示单元设备的研制打下来坚实的基础。