北京日报客户端 | 记者 刘苏雅 通讯员 李新明 薛倩 董浩 吴东亮 王泽洋

(资料图片仅供参考)

10月31日，长征五号B遥四运载火箭搭载着梦天实验舱，在中国文昌航天发射场飞向太空。尽管在奋力冲破地球束缚的发射过程中，梦天实验舱要经受严酷的振动和噪声环境的考验，但已在地面顺利通过“模拟考”的梦天实验舱，对自己的好体格可谓信心满满。

太空中的空间环境极为复杂。为了在15年的设计寿命中，保证空间站在轨运行及航天员生命安全，梦天实验舱在出厂前，还在地面环境模拟容器中通过了真空热试验的考核。

三舱联试

“动地”“惊天”当考官

为满足以空间站工程为代表的超大型航天器总装集成测试需求，航天科技集团五院总装与环境工程部建成了世界最大推力的140吨电动振动台“动地”和世界第二大容积的4000立方米高声强混响室“惊天”，在地面对梦天实验舱发射过程中的环境进行有效复现。

通过四台激振器并联工作，“动地”实现了140吨的最大推力。“手劲儿”满足了要求还不够，还要实现四只“手”高度同步。研制团队为其装上了足够聪明的“大脑”，让它们能通过并联方式同步施力、避免效果相互抵消，有效保证了“劲往一处使”。

梦天实验舱的考试“座位”也是精心定制的，台面需要重量轻且基频尽量高。在台面刚度、质量和尺寸之间相互制约的难题面前，研制团队提出了网格状封闭式扩展台面构型和分区优化设计等方法，成功研制了国内单体最大的镁铝合金台面，保证模拟效果尽可能贴近实际发射环境。

长征五号运载火箭采用新型的大推力火箭发动机，发射时，4000至10000赫兹的“高音部”格外高亢嘹亮，是其他火箭声压的4倍。面对“灌耳魔音”，梦天实验舱能否保证结构和功能完好，这需要一位嗓门更响亮的“考官”来把关。“惊天”的有效空间长14.5米，宽11.5米，高24米，容积是国内原有最大混响室的两倍，专门用于考核大型航天器承受高声强噪声环境的能力。

为了更精准模仿火箭起飞时的声音，研制团队在混响室墙面布置了20个不同频率的喇叭，并为“合唱队”精心分配声部、排布站位，实现了最大声压级158分贝的混响声场。噪声试验控制系统则担任“指挥家”，实现了试验声场全频段、长时间精准稳定控制。

目前，“动地”和“惊天”已先后完成了空间站舱体十几次力学试验，对舱体的结构安全性、系统运行可靠性进行了有效考核，确保了正式发射任务的顺利完成，为我国空间站的顺利建成提供了强有力的支撑。这两位“考官”后续还可用于我国遥感、深空探测等多个领域大型航天器的发射环境模拟。

真实模拟真空、冷黑环境

中国空间站运行在距地面约400公里高度轨道上，将长期处于高真空、冷黑的环境中，并会随着飞行遭遇高达150摄氏度、低至零下100摄氏度的冷热交替环境，时刻面临空间微流星以及空间碎片撞击的威胁。为了对“大块头”的空间站舱段开展真空热试验，航天科技集团五院总装与环境工程部在天津AIT中心建成了容积世界第三大的空间环境模拟器KM8。

为模拟冷黑空间，KM8内壁装有一层近2200平方米可充气充液的密闭“内壳”——热沉。热沉通入液氮可持续进行冷却，从而模拟出“冷”；同时，在热沉表面刷一层吸收率很高的黑漆，模拟出“黑”。KM8强大的低温系统可维持液氮在热沉内长时间稳定循环，保证热沉表面的平均温度指标低于零下180摄氏度。30多台真空泵则可保证容器内部6000余立方米空间的真空度达到要求。

“冷热交替”的环境则通过一件“外衣”实现。试验团队为梦天实验舱量身定制了一套红外加热笼，通过控制所加电流改变电阻片的温度，从而实现温度的交替变化。

KM8的真空系统能模拟出外部的高真空环境，并通过压力控制系统，按照一定的速率实现密封舱的泄压或复压，模拟空间站被撞击出现损坏的情况，验证梦天实验舱“临危不惧”的优秀素质。今后，KM8还将继续为载人登月、深空探测、遥感等多个领域超大型航天器的顺利研制贡献力量，为航天器安全稳定在轨运行提供可靠保障。

关键词： 环境模拟 运载火箭 控制系统