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【OFweek视点】:激光技术助飞神舟十号

OFweek激光网 2013-06-05 09:40 发文

  6月3日,神舟十号飞船、长征二F遥十火箭组合体,从酒泉卫星发射中心载人航天发射场技术区垂直转运至发射区。这标志着神舟十号飞船发射已进入最后准备阶段。根据计划,我国将于6月中旬择机发射神舟十号飞船,3名航天员将再次访问天宫一号。

  神舟十号飞船是中国“神舟”号系列飞船之一,它是中国第五艘搭载太空人的飞船。飞船由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。升空后再和目标飞行器天宫一号对接,并对其进行短暂的有人照管试验。对接完成之后的任务将是打造太空实验室。任务将是对“神九”载人交会对接技术的“拾遗补缺”。

  图为 神州十号择机发射

  3日上午9时,承载着组合体的活动发射平台缓缓驶出载人航天发射场垂直总装测试厂房,在完成各项技术状态确认后,沿着1500米的无缝钢轨,以每分钟不超过20米的速度,安全转运至发射塔架。10时许,船箭组合体成功地转运到发射架下。

  神舟十号飞船发射成功后,将与2011年发射升空的天宫一号目标飞行器进行交会对接,开展相关空间科学试验。

  中国载人航天工程总设计师周建平日前透露,神舟九号的3位航天员均未参加神舟十号乘组的选拔,而来自山东烟台的王亚平是当前唯一参加选拔训练的女航天员。这意味着,王亚平可能将成为中国第二位女航天员。

  据介绍,如果不出意外,神舟十号将在一周后升空,3名航天员将乘坐神舟十号载人飞船与在轨运行的天宫一号进行载人交会对接,这将是我国天地往返运输系统的首次应用性飞行。3名航天员将在太空飞行15天,比神舟九号增加两天。同时将首次进行绕飞对接。

  目前,神舟十号已进入最后准备阶段,将于本月中旬择机发射。OFweek激光网带您领略神州十号飞船可能用到的先进激光技术:

  1.对接过程中激光雷达至关重要

  早在2011年9月天宫一号与神州8号对接的过程中,上海天文台激光组研制的激光雷达近场/远场合作目标为对接发挥了关键作用。

  激光雷达合作目标分为远场合作目标和近场合作目标两部分构成,用于将照射激光原路反射回到激光雷达,并能标示出目标在对接面上的不同位置。两组合作目标分别用于远距离和近距离测量使用。远场合作目标为多个按一定规则组合的小面积直角棱镜的集合体,近场合作目标是单个大角锥棱镜。天宫1号目标飞行器激光雷达合作目标安装在目标飞行器上,用于反射激光雷达入射光信号。配合运输飞船激光雷达完成对两飞行器之间相对运动参数的测量。

  激光雷达就相当于航天飞船的眼睛,激光雷达精确的测量才能保证神舟十号在茫茫的宇宙中与天宫一号完成对接。

  2.飞船外壳及特种合金零部件的切割加工

  在航天航空设备的制造中仅外壳的设计就需要多次反复试验,由于外壳采用特殊金属材料制成,强度高、硬度高、耐高温,普通的切割手段很难完成材料的加工,激光切割作为一种高效加工手段而得到广泛应用。

  激光切割技术是一种摆脱传统的机械切割、热处理切割的全新切割法,能将能量聚焦到微小的空间,从而获得极高的辐照功率密度(105~1015W/c m2),从而具有更高的切割精度、更低的表面粗糙度值、更灵活的切割方法和更高的生产效率等特点。

  另外,在神州十号飞船中,内部的零部件也同样大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金等特种合金,结构形状复杂,成形要求精确,而大功率激光切割机加工技术的引进,能提高加工的质量,降低模具投资成本,缩短生产周期,特别适用于复杂零配件加工。

  3.发射装置及飞船内部电子仪器的精密焊接

  这是激光在航空航天领域应用的最广泛的技术,由于激光焊接相对于电子束、等离子束和传统焊接方法有自己独特的优势,如能量密度高、热影响区和变形区小、可焊接不同材料的组合、具有高的柔性等,再加上密封性好、适合在真空等特殊环境下加工,因此激光焊接在航天航空器件中得到广泛应用,如传感器、密封件、钽电容等。

  4.航天零部件的打标

  军工产品、航空航天零部件要求进行高质量的跟踪,零部件的打标也通常使用激光打标来完成,如航天用传感器、航天用刀具等。激光打标因其标记的内容不可擦除,耐酸碱腐蚀,不会被有机溶剂溶解,因此被广泛应用于航天及军工产品的质量追踪等。

  除此之外,飞船还可能使用激光进行金属板毛化、材料表面强化等。

  5.太阳电池片划片

  飞船脱离运载火箭顺利进入太空后,展开后的太阳帆板相当于一个小型发电站,通过将太阳能转换成电能,来为飞船上的电器设备提供能源。飞船上虽备有应急电源,但支持的时间有限,所以主要还是依靠太阳帆板提供电能。

  此前,神舟九号飞船电源帆板采用了新的太阳电池片:三结砷化镓新型电池,原来从神一到神六采用的是单晶硅太阳电池,以前只能达到14.8%的光电转换效率,而神九、神十和“天宫一号”采用的都是转换效率达到26.8%的高效三结砷化镓太阳电池。因此,发电能力提高了50%。

  这种电池的衬底通常为锗(Ge),在进行叠层的外延生长之前,需要对衬底进行划片处理。衬底划片的质量直接影响电池的性能。

  激光划片技术,特别是短波长激光如绿光/紫外激光,其加工热影响区小,划线质量优越。无接触式加工避免刀片加工产生的应力,可以有效提高衬底的优等品率,同时对电池性能也有很大的改善,因此在太阳电池片制造过程中获得广泛应用。

  总结:

  交会对接对建立空间站、运送航天员、补给物资,乃至太空救援至关重要,完全掌握这项技术有助登临月球以及地外行星。此次交会对接任务完成后,神舟飞船将逐步形成状态固化的天地往返载人飞船,组批投产。随着中国的航空工业以令人惊叹的速度大跨步的向前进,激光在航天航空领域的应用,也会越来越广泛和深入。
 

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