日前，“嫦娥五號”探測器探月任務(wù)圓滿完成。探月返回過程中，軌道器、返回器組合體與上升器能否完成交會對接是決定“嫦娥五號”是否可以將月壤帶回地球的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了真實驗證“精準(zhǔn)接，無縫轉(zhuǎn)”的交會對接和樣品轉(zhuǎn)移過程，需要在地面開展GNC全物理仿真試驗，而這個試驗就是在天津市微低重力環(huán)境模擬技術(shù)重點實驗室完成的。為此，記者來到位于天津高新區(qū)的這個“將太空環(huán)境搬回地球”的實驗室。

實驗室里，總面積達(dá)1200平方米的大型超平支撐平臺本體是由200塊特供的天然濟南青花崗巖拼接而成的，濟南青花崗巖具有抗壓強度高、耐腐蝕等良好的物理特性，是建造大平臺的理想材料，但只在特定區(qū)域產(chǎn)出，且產(chǎn)量很少。在設(shè)計之初科研人員曾考慮過鑄鐵，但是鑄鐵的平臺維護性較差，手觸、生銹、除銹都會破壞平臺的平整度，最終還是選擇了濟南青花崗巖。

“地面交會對接試驗使用的敏感器和執(zhí)行器都是真實產(chǎn)品，要模擬它們在太空環(huán)境中的對接狀態(tài)，需要用通過發(fā)動機噴嘴噴氣產(chǎn)生的只有數(shù)十牛的推力來讓數(shù)噸重的模擬器改變軌道和姿態(tài)。”實驗室技術(shù)負(fù)責(zé)人李躍華告訴記者，“單塊平臺水平度達(dá)到2角秒，拼縫高度差達(dá)到10微米的大型超平支撐平臺。保證‘嫦娥五號’的模擬器在平臺上進行近乎無摩擦的運動，從而驗證探測器交會對接過程中的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)。”

除了選材，大型超平支撐平臺在建設(shè)時從地基、支撐機構(gòu)、平臺本體到控制系統(tǒng)和調(diào)平系統(tǒng)等多方面都充滿了挑戰(zhàn)。針對天津的地質(zhì)條件，科研人員采用摩擦樁和高標(biāo)號水泥澆筑的方法，為整個大平臺建設(shè)提供了一個穩(wěn)定的基礎(chǔ)。為了加強設(shè)備基礎(chǔ)與支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)之間的連接貼合性與接觸剛度，科研人員還將高精度的花崗巖墊石澆注在地基內(nèi)。

記者了解到，地基與平臺之間采用的支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)是天津航天機電設(shè)備研究所具備自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。每塊平臺下方由6套支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)進行調(diào)節(jié)，由于3點確定1個平面，因此，其中3根為主支撐，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)平臺位姿；3根為輔助支撐，負(fù)責(zé)增加平臺的支撐剛度，1200根支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)，保證了模擬器即便在最惡劣工況下仍能順利通過拼接縫。

控制系統(tǒng)是平臺下方1200根支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)的大腦，負(fù)責(zé)接收檢測車回傳的平臺水平度數(shù)據(jù)，并精確計算每個支撐的運行量。天津航天機電設(shè)備研究所設(shè)計了基于CANopen總線的分布式控制系統(tǒng)，通過閉環(huán)控制，保障了調(diào)節(jié)精度要求。

要將200塊花崗巖調(diào)整到水平度和拼接縫高度滿足試驗參數(shù)要求，工作量極其龐大且繁瑣，且數(shù)據(jù)差之毫厘，謬之千里。實驗室研制了自主巡航的檢測車對整個平臺進行精度測量和自動調(diào)平，相比傳統(tǒng)人工檢測與調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時間從1—2個月縮短到24小時，大幅提高了工作效率和支撐平臺的保障能力。

“大型超平支撐平臺”是氣浮式微重力試驗研究的基礎(chǔ)設(shè)施，在其上能夠開展大量的試驗研究工作。目前除“嫦娥五號”任務(wù)外，該平臺還開展了空間站大型展開機構(gòu)等10余項各類型號和創(chuàng)新的試驗任務(wù)。未來還將為載人登月、空間編隊飛行、深空探測等重大工程任務(wù)提供強有力的支撐。

“大型超平支撐平臺的成功研制使我國徹底告別了手工調(diào)試平臺的歷史，氣浮支撐平臺物理仿真一舉躍進世界領(lǐng)先水平?！崩钴S華表示。下一步，天津航天機電設(shè)備研究所將不斷迭代發(fā)展大型超平支撐平臺技術(shù)和低微重力模擬仿真技術(shù)，為更多的用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。