用於電推進系統的溫度真空地面模擬艙,
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簡介
地面模擬設備為保證人在太空的正常飛行,在航天員上天之前,必須在地面上就應熟悉航天中所遇到特殊環境因素要熟悉載人太空飛行器的基本結構性能與駕駛操縱太空飛行器的本領,就得使用地面上能模擬航天中遇到的各種環境因素的模擬設備。
分類
目前,常用的載人航天地面模擬設備有三類:
1.一類是針對航天中所遇到的特殊環境進行模擬的設備;
2.另一類是為航天員訓練航天作業所用的各種飛行模擬器;
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3.還有一類是建立各種艙體,模擬太空飛行器內部環境的模擬設備。模擬航天中所遇到的特殊環境的模擬設備較多。例如,模擬超重環境的人用離心機,也稱人工重力環境模擬器,其超重過載值可根據需要而變,以考驗被試者抗重力過載負荷能力;模擬失重環境的失重飛機和模擬失重感覺的大水池;模擬載人太空飛行器著陸衝擊時產生衝擊力的"衝擊塔"模擬高速氣流吹擊的風洞設備;模擬瞬間彈射力的彈射塔、火箭車(滑軌車)和飛機彈射裝置等,模擬壓力、溫濕度環境因素的模擬設備,如低壓艙、高壓艙、迅速減壓艙、真空艙和高低溫艙等模擬鏇轉力、角加速度環境因素的轉椅、鏇轉台,這類設備在考驗人體平衡機能時最有用;模擬噪聲環境的噪聲室及其設備;模擬振動環境的振動台;還有模擬電離輻射、紫外線、雷射、紅外線和微
各種模擬設備
飛行模擬器是針對載人航天任務而設計的執行各種飛行任務的模擬器。其主要功能是在地面模擬(復現)太空中飛行條件和實際載人太空飛行器運動狀態,為航天員提供運動感覺、視覺、聽覺和操縱負荷等各種感覺,使航天員感到好像真的在太空駕駛太空飛行器一樣。飛行模擬的基本組成有計算機管理控制和仿真系統、模擬座艙、視景系統、儀表系統、操縱負荷和音響系統等分系統。每個具體飛行模擬器都是針對具體載人太空飛行器型號的。
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作用
失重環境是航天飛行所特有的環境因素,它也能模擬出來嗎?能,只是失重的時間短。短期失重的模擬主要是落塔和失重飛機,落塔所造成的物體自由下落時間僅幾秒鐘,沒有實際意義。人們用高性能的普通飛機改裝或特意建造的失重飛機.能在一次飛行中創造出20~30秒鐘的失重環境。這種飛機的機艙內有寬大的空間,內乘被訓人員,並配備了實驗用品。當飛機飛行到一定高度和速度時,
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地面模擬訓練設備與航天員的訓練
鑒於航天環境的嚴酷性,不經過專門訓練,即使經過極嚴格挑選的最優秀的飛行員也不能勝任航天任務。訓練的主要目的是增強航天員機體對特殊的航天因素的適應能力和掌握完成飛行任務的技能。訓練計畫是龐大而充實的;訓練任務是繁重而艱苦的。其內容包括:
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(一)航天理論和技術的學習學習課程包括火箭技術基礎、飛船設計原理、制導和控制原理、通信和導航原理、飛行力學、天文學、地球物理學、航天醫學—生物學等。
(二)體質訓練即大家都熟悉的早操、球類、田徑、登山、游泳和各種體育比賽。這項訓練是在醫務人員的監督下進行的。
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(三)飛行訓練可維持飛行技術、進一步提高在可能的失誤情況下迅速作出判斷和適應反應的能力。
(四)航天模擬訓練這是一項非常重要和有效的訓練。內容包括在航天因素模擬器上的訓練和飛行操作練習器上的訓練兩項。航天因素對於人類來說是異乎尋常的。這些因素主要有:飛船上升段和下降段的超重、震動、噪音;軌道飛行段的失重、真空、輻射和懸殊的溫差變化。為了使航天員熟悉和適應這些獨特環境狀況,在地麵條件下建立了一系列的模擬設備,諸如大型離心機、失重飛機、震動台、噪音模擬器、變溫艙、變壓艙、隔絕室、輻射室和彈射設備等,現分別介紹如下:
(1)宇宙空間條件模擬艙。除了低壓外還要模擬宇宙中的亮度和溫度變化。
(2)超重模擬器——離心機。這是航天員最有價值的訓練設備之一。離心機臂端的吊籃里有躺椅、儀錶板、手控制器和聯動裝置及環境控制系統、加壓服和生物醫學儀器。吊籃密閉後可減壓到實際飛行的座艙壓力。運轉時可模擬正常發射、再入及可能的失敗再入情況。休斯頓研製載人飛船科研中心修建的離心機,其臂長15m,在以7.5g/s的速度增加超重時可達30g的超重狀態。
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(3)航天練習器。包括從簡單的操縱台到極複雜的全程式動、靜態模擬設備。按其用途的不同可分為三組。第一組是靜態裝置。它實際上就是讓航天員熟悉飛船上所有系統的精密製作的教具,這種練習器對於航天員掌握飛船的電力系統、燃料系統、生保系統和操縱、導航系統的工作是必不可少的。第二組練習器幫助航天員了解他即將要完成的任務並獲得相應的經驗。它們或是動態,或是靜態,可能比較簡單,也可能相當複雜,這取決於它們的用途。第三組練習器是靜態設備。
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(4)多軸鏇轉慣性裝置。主要用於姿態控制的訓練,以便在飛船自動控制失靈時航天員建立信心,並通過手控停止飛船翻滾和恢復原來的姿態。
(五)航天生活方式的訓練在航天中的衣、食、住、行與地面上截然不同。飛行前應在未來的航天中在即將採用的特殊的作息制度、人工大氣條件下生活一段時間。航天員還要學會特殊航天食品的進食方式。
(六)救生訓練包括正常回收和在可能出現意外情況下的救生訓練。內容有彈射和跳傘訓練及學會在熱帶、沙漠和水上等各種惡劣環境下應急著陸後的生存手段。在整個訓練過程中可能還會發現並淘汰一些不十分理想的候選人員。只有經過上述極嚴格的選拔和訓練,證明是卓絕的人才能獲得航天員的資格。
太空對接裝置
神舟八號與天宮一號在太空成功對接,使我國成為繼美、俄之後第3個掌握交會對接技術的國家。要在地面真實模擬兩個太空飛行器在太空對接運動的過程,首先必須克服地球引力的影響,比較真實地再現物體在失重環境的運動。由於地球引力使物體產生重力,重力產生摩擦力,摩擦力阻礙物體的運動。如果能夠消除或最大限度地減小摩擦力的影響,就能比較真實地再現物體在失重環境的運動。
基於這一原理,由上海航天技術研究院805所、中科院瀋陽自動化所、哈爾濱工業大學、青島精密儀器公司等多家單位聯合研製的空間對接機構緩衝試驗台構思新穎、設計巧妙,目前已擁有多項國家專利發明技術。
該試驗裝置建造了兩艘質量、慣量、質心與真實的飛行器完全相同,並能夠安裝真實對接結構的飛行器模擬件,可通過獨創的氣浮技術,將兩個飛行器模擬件懸浮起來。由於空氣的摩擦阻力非常小,可以忽略不計,因此能較真實地模擬兩個飛行器的對接機構在失重狀態下,從碰撞、捕獲、緩衝、連線到分離的全過程,並能測量整個過程中,兩個飛行器模擬件的位置和速度,以及對接過程中的撞擊力和緩衝力的變化。
總重量100多噸的空間對接機構綜合試驗台,是我國載人航天二期工程最大的地面試驗設備,由上海航天技術研究院805所牽頭,哈工大、上海交大、浙大、華東計算機所、上海重機廠等多家單位參與共同研製。
試驗台性能
綜合試驗台採用“半物理仿真試驗”原理,能模擬最大質量為8噸-100噸的空間飛行器對接動力學全過程,並能模擬飛行器的在軌高低溫環境運行。其中,參與試驗的主動對接機構和被動對接機構是真實產品,飛船和空間站的質量、慣性等特徵則採用數字模型描述。根據給定的交會對接初始條件,通過控制“六自由度運動模擬器”來實現兩個飛行器對接過程的相對運動,使對接機構進行碰撞、捕獲、緩衝、校正試驗,與緩衝試驗平台在功能上相互補充,在試驗結果上相互驗證。
由上海航天技術研究院牽頭、哈爾濱工業大學承制的空間對接機構整機特性測試台,可對空間對接機構裝配完成後的特性參數進行測試,主要包括對接配合尺寸、對接環運動和力學特性、傳動系統和捕獲系統承載能力、機電配合特性等。
以哈爾濱工業大學為主研製的空間對接機構熱真空試驗台,則專門用於考核對接機構在真空高、低溫環境條件下的工作性能。該試驗裝置能將對接機構放入一個足夠大的真空罐中,建立高空高低溫試驗環境,利用飛輪模擬兩個飛行器的動能,建立初始條件實現對接過程,進行碰撞、緩衝、密封連線、分離試驗。
這些高水平的大型試驗設備的成功研製大大提升了我國航天技術水平,為我國從航天大國邁向航天強國打下了堅實的基礎。