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東北網(wǎng)9月21日訊(記者 許諾)20日15時(shí)10分，正值華夏傳統(tǒng)佳節(jié)中秋節(jié)前夕，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭一飛沖天，成功托舉天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船奔向蒼穹，飛船準(zhǔn)確入軌。哈爾濱工業(yè)大學(xué)多項(xiàng)技術(shù)助力天舟三號(hào)成功發(fā)射。
天舟三號(hào)。
天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船。圖片于五院總體部
長(zhǎng)七火箭點(diǎn)火起飛。張曉寧 攝
搭載天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射，哈工大材料學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)王亞明教授課題組研制的火箭伺服系統(tǒng)輕量化蓄壓器殼體耐磨動(dòng)密封涂層發(fā)揮了重要作用。
據(jù)介紹，從2016年6月25日長(zhǎng)征七號(hào)火箭成功首飛以來(lái)，王亞明教授課題組研發(fā)的耐磨動(dòng)密封陶瓷涂層技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)蓄壓器殼體耐磨動(dòng)密封涂層高質(zhì)量穩(wěn)定制備，這是耐磨動(dòng)密封涂層蓄壓器第六次助力長(zhǎng)七系列火箭成功發(fā)射。伺服機(jī)構(gòu)蓄壓器殼體作為長(zhǎng)七系列火箭伺服控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系飛行控制精度的可靠性，一旦磨損破壞，“失之毫厘，謬之千里”，將嚴(yán)重影響飛行精度。
哈工大與航天一院合作攻關(guān)，突破了陶瓷涂層致密化理論與技術(shù)、復(fù)雜型腔內(nèi)壁涂層均勻生長(zhǎng)與拋光等技術(shù)難題，并研發(fā)出鈦合金蓄壓器殼體耐磨動(dòng)密封涂層，保障伺服機(jī)構(gòu)作用可靠性，成功替代鋼質(zhì)蓄壓器殼體，使伺服系統(tǒng)減重10KG，特別利于有效載荷的提升，對(duì)于“克克計(jì)較”的航天發(fā)射來(lái)說(shuō)，意義非凡。
哈工大材料學(xué)院先進(jìn)焊接與連接China重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馮吉才教授團(tuán)隊(duì)張秉剛教授課題組協(xié)同航天六院研制的銅鋼電子束焊接技術(shù)，應(yīng)用于長(zhǎng)征七號(hào)新型大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造，助力長(zhǎng)征七號(hào)穩(wěn)定發(fā)射，為天舟三號(hào)飛船任務(wù)保駕護(hù)航。
新一代大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是長(zhǎng)征七號(hào)的動(dòng)力“心臟”，推力室作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，其身部的銅鋼高強(qiáng)度焊接是推力室研制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
課題組提出了復(fù)合界面強(qiáng)化理論，研發(fā)出電子束自熔釬焊技術(shù)，解決了銅鋼薄壁接頭脆性相與組織控制、焊縫成形及接頭變形控制的難題，實(shí)現(xiàn)了新一代液氧煤油大推力發(fā)動(dòng)機(jī)的高質(zhì)量焊接，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，使我國(guó)對(duì)該類發(fā)動(dòng)機(jī)特定結(jié)構(gòu)組件的焊接技術(shù)躋身于國(guó)際先進(jìn)行列。該技術(shù)還應(yīng)用于長(zhǎng)征六號(hào)、長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭。
哈工大研制的整體五通件為保障長(zhǎng)征七號(hào)火箭的成功發(fā)射發(fā)揮了重要作用。從長(zhǎng)征七號(hào)火箭成功首飛以來(lái)，哈工大材料學(xué)院苑世劍教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的流體壓力成形技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)整體五通件高質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)，并先后用于長(zhǎng)七遙一、遙二、遙三火箭，以及長(zhǎng)七甲遙一、遙二、遙三火箭發(fā)射。
長(zhǎng)征七號(hào)是我國(guó)新一代運(yùn)載火箭家族的主要成員，是載人航天工程為發(fā)射貨運(yùn)飛船而全新研制的中型運(yùn)載火箭，采用先進(jìn)的無(wú)污染液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。五通件是火箭液氧增壓輸送系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵件，直接關(guān)系四臺(tái)并聯(lián)工作發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，一旦失效破壞，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。哈工大與航天一院合作攻關(guān)，在國(guó)際上首次研制出整體結(jié)構(gòu)五通件，突破傳統(tǒng)多塊拼焊結(jié)構(gòu)可靠性低的難題，獲得China發(fā)明專利和China技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。
哈工大機(jī)電學(xué)院姜洪源教授團(tuán)隊(duì)研制的金屬橡膠阻尼環(huán)繼助力天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器發(fā)射和嫦娥五號(hào)探測(cè)器發(fā)射成功后，今日再次成功應(yīng)用于長(zhǎng)征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)，助力天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)射。該阻尼環(huán)作為發(fā)動(dòng)機(jī)重要結(jié)構(gòu)件，應(yīng)用于芯一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)遙測(cè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗震減振技術(shù)難題，有效減輕火箭大過(guò)載、大震動(dòng)對(duì)信號(hào)傳輸裝置帶來(lái)的負(fù)面干擾，提高了信號(hào)連續(xù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作提供了支撐。
空間交會(huì)對(duì)接是現(xiàn)代航天器長(zhǎng)期在軌運(yùn)行期間不可缺少的操作，是載人航天活動(dòng)三大基本技術(shù)之一。空間對(duì)接機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)空間飛行器間在軌的機(jī)械連接、建立航天器聯(lián)合飛行的組合體和安全分離的系統(tǒng)。從2011年神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)進(jìn)行首次空間對(duì)接任務(wù)開始，到此次天舟三號(hào)與空間站組合體的交會(huì)對(duì)接，這背后，始終有來(lái)自哈工大材料學(xué)院王浪平教授團(tuán)隊(duì)的技術(shù)支持。
空間對(duì)接機(jī)構(gòu)由若干套裝置實(shí)現(xiàn)飛船與目標(biāo)飛行器的鎖緊與解鎖，鎖緊過(guò)程其偏心軸等零件表面承受的應(yīng)力接近材料極限。為了保證對(duì)接機(jī)構(gòu)的工作可靠性，要求零件在保持微米級(jí)加工精度的同時(shí)，其表面獲得超高硬度、低摩擦系數(shù)和防冷焊等性能。由于結(jié)構(gòu)材料無(wú)法滿足這一性能要求，必須采用表面強(qiáng)化技術(shù)來(lái)提升零件表面性能。然而，采用傳統(tǒng)表面強(qiáng)化技術(shù)來(lái)處理這些零件時(shí)，存在零件尺寸超差、表面脆化等重大技術(shù)難題，導(dǎo)致這些零件的表面強(qiáng)化一度成為空間對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的核心技術(shù)瓶頸之一。
王浪平教授團(tuán)隊(duì)采用離子注入與沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了硬度與成分雙梯度過(guò)渡復(fù)合表面強(qiáng)化層的制備，獲得了太空環(huán)境下的高抗磨損、自潤(rùn)滑和防冷焊等性能，從而攻克了空間對(duì)接機(jī)構(gòu)核心零件的表面強(qiáng)化難題，并研制了離子注入與沉積工業(yè)化裝備，為空間對(duì)接機(jī)構(gòu)上50余個(gè)核心零件的表面強(qiáng)化提供了設(shè)備條件，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的自主可控，保障了神舟八號(hào)到神舟十二號(hào)飛船與目標(biāo)飛行器的可靠對(duì)接，并被航天八院授予“首次空間對(duì)接任務(wù)優(yōu)秀協(xié)作單位”。
由于該團(tuán)隊(duì)在上述技術(shù)方面所取得的重要突破，團(tuán)隊(duì)研究成果多次獲得級(jí)別高一點(diǎn)科研獎(jiǎng)勵(lì)，研究成果除應(yīng)用到神舟系列載人飛船、天舟系列貨運(yùn)飛船之外，在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、天和核心艙等China重大工程型號(hào)中也起到重要的支撐作用。
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