项目基本情况Basic information of the project
本项目主要依托于国家科技重大专项(载人航天与探月工程、北斗卫星导航系统)2项、国家高技术研究发展计划(863计划)7项、空天飞行器型号任务6项、国家自然科学基金项目1项和部门委托技术开发项目7项。上述5类项目共计23个研究课题,项目总经费6297.8万元。本项目的核心目标是突破面向约束优化的连接分离系统设计、分布式连接与联动式同步解锁、空间载荷重复捕获锁定与释放、形状记忆合金驱动的非火工低冲击分离、空间有效载荷分离冲击抑制等关键技术,解决对地观测、导航通信、深空探测和在轨操控等航天应用领域对高承载、低冲击、可重复连接分离技术的迫切需求。目前已完成本项目课题18项,成功研制出联动式星箭分离机构、太阳翼分布压紧与集中解锁机构、空间载荷重复捕获、锁定与释放装置、微小型SMA胀断器、SMA驱动弹射器和高承载低冲击快速分离机构等一系列空间新型连接分离产品,在承载能力、分离时间、分离冲击、尺寸重量等关键指标上优于国外同类产品。研究成果已成功应用于我国探月与载人航天工程,以及"遨龙一号"、"天鲲一号"等航天器的在轨任务。研究过程中,获得授权发明专利16项,受理发明专利6项;培养博士3名,硕士13名;发表学术论文38篇,其中SCI检索6篇,EI检索20篇。成果的创新性概述如下:
(1)提出了面向约束优化的连接布局与分离冲击预示隔离方法。构建出基于植物根系生长规律的锁紧点布局优化算法,解决了刚柔混合多体系统的连接点设计难题;建立了基于广义射线理论的应力波传递模型,解决了复杂结构板中冲击应力波传播特征捕捉及瞬态响应分析难题;建立了声子晶体平板的能带结构的计算模型,揭示出材料与结构参数对声子晶体板振动带隙的影响规律。
(2)提出了空间载荷分布式连接与联动式解锁方法。攻克了传力路径上关键件(联动绳与压紧杆)的力载标定、保持与检测工艺,研制出联动式星箭分离机构和太阳翼分布压紧与集中解锁机构,实现了对多个连接点的单点解锁与同步分离,有效降低了系统的分离驱动能耗,提高了连接分离系统的可靠性.
(3)发明了空间可重复捕获、锁紧与分离装置。提出机构力载特性与运动参数的控制变量优化设计方法,攻克空间微重力环境下的大容差捕获、低功率驱动、高刚度锁定和机电气液热接口高精度连接与分离等技术难题。
(4)构建了形状记忆合金驱动的低冲击分离技术体系。提出了基于形状记忆合金驱动的低冲击分离机构设计方法,攻克了形状记忆合金快速响应驱动、基于能量正交转化的低冲击分离构型设计、多点分离同步性控制等关键技术,研制出微小型SMA胀断器、SMA驱动弹射器和高承载低冲击快速分离机构等一系列低冲击分离装置。
本项目研究取得了多项空间连接分离技术自主知识产权,打破了美国在非火工低冲击分离领域的对华武器贸易条例封锁。成果已被国家载人航天与探月工程采用,同时应用于航天科工二院、航天一院研发中心、航天一院十八所、上海微小卫星工程中心、北京卫星制造厂等单位,为我国空天飞行器连接与分离技术发展提供了技术支撑。该项目社会效益和经济效益显著,应用前景广阔,技术上具有独创性,总体水平达到国际先进,部分国际领先。
管理团队与技术团队Management team and technical team
哈尔滨工业大学
效益分析Benefit analysis
该项目为储备库项目资源,暂无效益分析内容。