[科普中國(guó)]-主動(dòng)隔振：乘天舟一號(hào)不“暈船”

編者按：

剛剛成功發(fā)射的天舟一號(hào)，除了要與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接、實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，還要開(kāi)展一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)的任務(wù)。

中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心是載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)的總體單位，代表中國(guó)科學(xué)院抓總負(fù)責(zé)載人航天空間科學(xué)與應(yīng)用任務(wù)的規(guī)劃、實(shí)施及成果產(chǎn)出與推廣，具體承擔(dān)工程研制的組織管理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成、測(cè)試，可靠性保障，在軌技術(shù)支持，有效載荷運(yùn)控管理，數(shù)據(jù)獲取及應(yīng)用成果的推廣服務(wù)等系統(tǒng)技術(shù)支持、支撐、保障、服務(wù)工作。

在此特別感謝中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心的支持！

在生活中，我們手里拿著一杯滿滿的水，走動(dòng)時(shí)水就會(huì)灑；我們手里拿著相機(jī)，如果發(fā)生抖動(dòng)，照片就會(huì)模糊。在工業(yè)生產(chǎn)中，靜密加工平臺(tái)中遇到振動(dòng)，就會(huì)造成加工失?。唤Y(jié)晶體中遇到振動(dòng)，晶體生長(zhǎng)就會(huì)出現(xiàn)瑕疵；吊艙相機(jī)中發(fā)生晃動(dòng)，會(huì)影響圖像質(zhì)量。

而航天器上，雖然處于微重力環(huán)境，但是由于星上、船上的姿軌控、風(fēng)機(jī)、飛輪、帆板的動(dòng)作，帶來(lái)了很多擾動(dòng)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)（流體、材料、基礎(chǔ)物理）如果不能克服這些微擾動(dòng)，就達(dá)不到理想的微重力效果，失去了上天實(shí)驗(yàn)的意義。此外，星上的高分辨對(duì)地觀測(cè)相機(jī)、天文相機(jī)，如果遇到振動(dòng)，就會(huì)發(fā)生成像模糊。激光通信、激光掃描，如果遇到船體振動(dòng)，就會(huì)造成光線發(fā)散，能量耗散。

所以，一定要隔離振動(dòng)，才能給航天器創(chuàng)造更好的條件。

主動(dòng)隔振技術(shù)是什么？

隔振有被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振的區(qū)別。采用被動(dòng)隔振，加彈簧或阻尼就可以，自行車(chē)的車(chē)坐上都有；但彈簧有共振頻點(diǎn)，隔振水平也一般，不能滿足高指標(biāo)要求的隔振。

而根據(jù)微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，要做到隔離1Hz以下的振動(dòng)（或者叫做晃動(dòng)）；而且要達(dá)到0.0001g以下的水平（地面的重力是1g，汽車(chē)路面振動(dòng)一般小于0.1g），才能獲得更好的微重力環(huán)境水平，實(shí)現(xiàn)更理想的科學(xué)研究成果。在這種情況下，我們的科研人員開(kāi)始研發(fā)主動(dòng)隔振技術(shù)。

本次天舟一號(hào)“主動(dòng)隔振關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”任務(wù)由中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心負(fù)責(zé)。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)了從科學(xué)論證到技術(shù)攻關(guān)、從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到高可靠產(chǎn)品的歷程，可以說(shuō)是“十年磨一劍”。

項(xiàng)目組來(lái)自各個(gè)專(zhuān)業(yè)方向的團(tuán)隊(duì)，平均年齡35歲以下。依靠大家的齊心協(xié)力和共同努力，終于搭上了天舟的班車(chē)。

天舟一號(hào)上的主動(dòng)隔振裝置有兩個(gè)主要目標(biāo)：

第一、在空間進(jìn)行六自由度主動(dòng)隔振關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，評(píng)估六自由度主動(dòng)隔振控制算法，測(cè)試驗(yàn)證主動(dòng)隔振系統(tǒng)的功能和性能指標(biāo)；

第二，在飛船平穩(wěn)期為非牛頓實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證裝置提供高水平微重力環(huán)境。

這項(xiàng)技術(shù)屬于國(guó)內(nèi)首次實(shí)施，將使我國(guó)成為繼美國(guó)和加拿大后第3個(gè)在軌采用主動(dòng)隔振控制技術(shù)服務(wù)于空間微重力實(shí)驗(yàn)研究的國(guó)家；將極大支持和推動(dòng)空間站高微重力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制建設(shè)，取得的技術(shù)成果可以直接服務(wù)于未來(lái)我國(guó)空間站階段的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷。

主動(dòng)隔振裝置電控箱和主體

主動(dòng)隔振技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)出擊”

那么這項(xiàng)技術(shù)的原理和裝置構(gòu)成是什么呢？

主動(dòng)隔振系統(tǒng)由定子和浮子兩部分構(gòu)成，利用磁懸浮主動(dòng)控制技術(shù)，使浮子和定子非接觸，從而隔離來(lái)自飛船平臺(tái)的振動(dòng)?？刂破魍ㄟ^(guò)加速度計(jì)感知浮子加速度的變化，通過(guò)位置敏感器感知定子浮子相對(duì)位置的變化，并計(jì)算反饋電流，驅(qū)動(dòng)電磁激勵(lì)器，形成閉環(huán)控制。

主動(dòng)隔振裝置由主體和電控箱兩臺(tái)單機(jī)構(gòu)成，非牛頓引力驗(yàn)證裝置安裝在主體的浮子上，通過(guò)屏蔽罩封閉。

主動(dòng)隔振裝置工作原理

主動(dòng)隔振裝置地面測(cè)試高頻隔振效果（紅色是定子、藍(lán)色是浮子）

未來(lái)，我們想繼續(xù)推廣主動(dòng)隔振技術(shù)在空間的應(yīng)用。

天舟一號(hào)的搭載是我們的“小目標(biāo)”，我們的長(zhǎng)期目標(biāo)是做強(qiáng)空間磁懸浮主動(dòng)隔振的技術(shù)，為更多空間應(yīng)用載荷服務(wù)，例如空間光學(xué)相機(jī)、激光通信等，助力他們達(dá)到更高的指標(biāo)水平，實(shí)現(xiàn)更高的科學(xué)和技術(shù)成果。

如果有可能的話，我們的技術(shù)也可以在航空光學(xué)吊艙、車(chē)船減振、工業(yè)精密加工、相機(jī)防抖等方方面面發(fā)揮作用。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員合影

（前排：董文博、周妍林、白晨紅、王婷、桑曉茹、康博齊、劉桂芝、元媛、高玉娥

后排：任國(guó)榮、于夢(mèng)溪、劉偉、呂世猛、張永康、楊鵬、王安平、李宗峰。）

空間科學(xué)、空間應(yīng)用、空間技術(shù)是空間三駕馬車(chē)。要想實(shí)現(xiàn)從航天大國(guó)到航天強(qiáng)國(guó)的跨越，就要不斷的提升我們的載荷技術(shù)水平，在細(xì)節(jié)上、在精度上、在性能上的指標(biāo)上達(dá)到更高的高度，使我們步入強(qiáng)國(guó)之列。