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航天员首次出舱获成功,西安航天动力研究所产品倾情助力!

阅读:1591次 日期:2021/07/09

7月4日14时57分,经过约7小时的出舱活动,航天员刘伯明和汤洪波顺利完成全部出舱既定任务,并安全返回核心舱,标志着我国空间站建造阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。

出舱工作准备,节点舱泄压,航天员吸氧排氮……神舟十二号航天员乘组密切协同,聂海胜盯着屏幕,沉着冷静地发出指令。
“此次应用了气体复用技术,通过舱间抽气泵将节点舱的空气抽到大舱,空气的复用率较高。天和舱的舱间抽气泵、气闸舱供氮组件和气体复用组件都是我所提供的,具有百分之百知识自主产权。”正在观看直播的西安航天动力研究所科技处项目主管刘志东介绍,语气里有掩饰不住的骄傲和自豪。

舱间抽气泵属于空间站环控生保分系统,主要用于空间站节点舱与气闸舱的压控系统,将出舱活动前舱内的空气抽送给相邻的密封舱段,用以节约氧气资源。
据了解,在轨运行期间,航天员出舱活动前需要打开舱门。由于舱外气压接近真空,舱内气压约为标准大气压,因此舱内外存在压力差,当舱门打开之后,舱内空气就会泄漏到舱外的真空环境中,造成了空气资源的浪费。
为了减少运营成本,节省载人航天器宝贵的空气资源,长期在轨运行的空间站就必须采用气体复用技术。我所承担了舱间抽气泵的研制与生产,让气体复用采用常压转移方式,即将航天员所处舱室的空气抽送到其他密封舱,完成出舱活动后再进行复压。

涡轮泵研究室主任设计师严俊峰介绍,舱间抽气泵是一种变容积气体压缩装置。工作时,电机带动主动轴及其上的主动齿轮转动,并通过同步转动的从动齿轮带动从动轴同步转动;在主从动轴的一端设置有一对爪式转子,当主从动轴同步对转时,主从动转子也同步相对旋转,利用转子之间及转子与泵腔内壁所形成的密闭腔容积变化完成吸气、压缩和排气过程。
从2014年起,我所开始开展了地面原理样机的试制试验,验证了爪式抽气泵的方案可行性。2015年后开展初样产品研制,先后攻克了薄壁长方体形复杂非对称散热小孔的壳体结构加工技术、非对称奇异爪式转子的加工及磨合技术、长寿命涂层技术等,解决了轴系反转、轴系卡滞、转子碰磨等问题,技术指标满足分系统要求。

2019年转入正样产品研制,通过大量的特性检查、质量复查、独立评估等工作,有效控制了产品质量,圆满完成了产品交付。在首次的航天员出舱过程中,抽气泵运转平稳,工作正常,验证了抽气泵的工作可靠性,实现了我所在该技术上零的突破。
另外,在抽气泵的研制过程中,抽气泵工作时经历周期性的吸气、压缩、排气过程,裸噪声达100分贝以上,严重影响航天员生理及心理健康。因此,能否有效降低抽气泵噪声成为我所研制交付的关键。科技处先后组织联系国内多家优势单位开展了噪声抑制技术研究。经过持续两年的攻关,终于将噪声控制在72分贝以下,符合总体要求。本次出舱过程中,航天员天地通话清晰,进一步验证了抽气泵的综合降噪技术。

金属密封技术研究中心作为舱间抽气泵的总承制单位,完成了从初样到正样阶段、从零件加工、焊接到产品装配的全过程研制任务。设计、工艺、操作、检验人员正在全力配合,面对双异型转子高精密装配的拦路虎,大家毫不退缩,集思广益,仅操作人员梁涛就设计了10余种辅助装配工装,用来保证产品的高精度装配,终于在反复拆装4次后转子安装精度达到了设计要求。为了解决焊接热量导致橡胶过热挥发散发的异味问题,金属密封技术研究中心多方调研,了解到了一种冷焊机在焊接时温度低可满足使用,并通过多次工艺试验确认了冷焊最佳工艺参数,完成了正式产品的焊接,保证了产品的顺利交付。

发动机液流试验室在进行舱间抽气泵的性能测试过程中,发现该泵的实测性能相比前期产品有所下降,产品试验任务重、交付节点紧,为保证产品保质保量按节点交付,发动机液流试验室立刻协同涡轮泵研究室设计人员开展原因分析工作。相关单位密切配合,通宵达旦进行产品的分解重装、试验系统的对比测试、产品的多工况试验等工作。在集体奋战了一周之后,终于查明了原因,解决了问题,按时保质保量完成了产品测试,圆满完成了交付任务。
为本次航天员顺利出征,我所阀门研究室还设计了气闸舱供氮组件和气体复用组件两件产品。

气体复用组件安装在节点舱内,是回收再利用舱内资源的关键设备,当宇航员需要出舱工作时,通过气体复用组件将节点舱空气抽回核心舱内,降低空气资源的浪费,随后才打开舱门,出舱活动。打开舱门后,气体复用组件通过电动截止阀串联的结构方式,确保了舱内与外界太空的有效密封隔离;气闸舱供氮组件安装在节点舱内,上游连接氮气瓶,功能是控制流入节点舱的氮气,为降低节点舱氧分压提供保障。产品通过两并两串的结构布局,提高了工作可靠性,集成了压力信号器,确保系统发生故障时,及时反馈信息。
在本次出舱任务前,阀门设计室和机电事业部对两种产品生产过程质量情况进行全面复查,查漏补缺,确保产品符合设计要求,满足出舱任务。

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