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五技术助力“玉兔”月球“漫步”

  随着“嫦娥三号”成功落月、中国第一辆月球车“玉兔”平稳登月、成功完成“两器互拍”互拍等工作顺利结束,作为中国首台月球车移动系统副总设计师单位,哈尔滨工业大学于22日晚首次对外界公布了该校负责完成的“月兔”五大关键技术。
 
  十几年来,哈尔滨工业大学邓宗全教授作为中国探测器设计论证专家组副组长和副总设计师单位负责人,全程参与了“嫦娥三号”工程总体设计论证、探测器系统设计与质量评估。他的团队攻克了多项技术难题:
 
  ——首创“可升降电梯”,让“玉兔”安全着陆月面
 
  月球车从着陆器可靠转移至月面是开展巡视探测的重要环节,针对月面环境和着陆姿态均不确定,机构空间尺度和质量约束苛刻等条件;该团队成功研制出独具特色的刚柔混合式杆-索-轮变自由度转移机构,它犹如一个可升降的电梯,实现了“双侧悬梯共牵连平动,触地后各自适应地形”的功能,与国外采用的斜梯转移方式相比,具有质量小、适应性强等显著优势。
 
  ——创建移动系统构型理论,做月球车悬架“设计师”
 
  月球车移动系统研究难点在于如何适应月表松软崎岖、大温差、低重力、高真空、月尘等极端环境。该团队提出了以多摇臂悬架、多驱动轮为特征的月球车悬架构型综合方法并建立构型图谱库,形成了多自由度变悬架构态、两侧悬架差动联接、载荷自重比大的月球车移动系统设计理论;最终于2009年提供了六轮月球车移动系统正样产品研制的基本设计参数。
 
  ——率先研制筛网车轮,让月球车“信步漫游”
 
  为确保月球车车轮能够在松软崎岖月面上顺利运行,该团队建立了能够反映滑转沉陷、轮刺、载荷等多种物理效应的高精度地面力学模型;在国内首次研制车轮运动特性多功能测试装置,揭示了车轮参数和运动状态对牵引性能影响的内在规律,为中国航天工业部门进行月球车车轮工程设计提供了原始数据。
 
  ——攻克月面机械臂难关,为“玉兔”安装“手臂”
 
  如果说车轮是玉兔的“脚”,机械臂便是玉兔的“手”,该团队首次研制成功了月球车关节式机械臂样机,设计了锁紧-释放-停靠复合连接分离技术方案;该方案实现了机械臂可靠锁定、释放、停靠等功用,并进行了机械臂及电机、传动装置在极端工况下的生存和地面环境试验,为月球车机械臂及锁紧机构产品研制提供了详细设计方案和试验数据。
 
  ——突破月球重力模拟技术,真实复现“玉兔”月面移动
 
  进行整车月球低重力试验是“嫦娥三号”的重大难题之一,该团队在国际上首次提出了利用单吊索方式模拟月球车月面轮压的测试方法,突破了高精度摇臂质心转矩校正、快响应恒拉力控制、长距离三维跟踪技术。同时,研制了太阳翼辅助展开装置,可以在真空、低温环境下模拟月球重力进行太阳翼展开试验;综合月面低重力和地形几何与物理特性信息,实现了月球车运动的数值模拟。
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