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“风云三号D”星采用系列防污染技术

2017-11-30 16:40:41来源:

“风云三号D”星上携带有大量红外遥感仪器,包括红外高光谱大气探测仪、高光谱温室气体监测仪在内的新载荷。这些仪器十分害怕水汽污染,空气中的水蒸气如果吸附到仪器上,会造成整个器件失效,这对中国航天科技集团公司八院812所卫星总装厂房环境提出了很高要求。

在我国气象卫星起步之初,人们还没有意识到防污染技术的重要性。直到1988年9月7日,我国第一颗气象卫星风云一号A星虽成功入轨,但它搭载的红外相机信号却严重衰减乃至失效。科研人员通过分析发现,原来卫星在地面吸附了环境中的水汽,入轨后在宇宙空间的真空环境下释放,造成水汽污染。上海湿润的空气对于搭载着红外相机的风云系列气象卫星来说是致命的,我国所有的风云气象卫星均由航天科技集团八院、上海航天“出品”,卫星总装单位812所如何破解这一难题?

“总装厂房的洁净度都是优于十万级和一万级的。”812所总装中心主任陈小弟告诉记者,“这是什么概念?一般来说,生产药品的厂房才能达到这个标准,而卫星所在的厂房比他们更为洁净。并且,制造药品仅是单一的产品生产过程,造卫星却是个系统工程”。

为防止厂房内湿度升高给卫星星体带来水汽污染,哪怕身处上海的梅雨季节,室外湿度高达95%,卫星厂房内的湿度都会严格控制在30%至45%之间。同时,厂房内的温度全年维持在20℃±3℃,无论室外气温如何,卫星厂房内永远“四季如春”。除此之外,厂房内24小时维持正压环境,即让内部压力略高于外部,让内部空气可以外流,但外部空气无法进入厂房内部,确保卫星在厂房中能有极为洁净和舒适的“成长”环境。对此,厂房内部的除尘系统24小时运作,不间断除尘。

“每天,厂房内的控制系统会将温湿度数据报送到指定人员的手机内,一旦出现异常,便会自动发出警报。”陈小弟说。

风云三号上有几个对污染源非常敏感的器件,例如红外相机内的辐冷控制器。它除了对厂房环境有要求之外,还要通过高纯氮气正压保持的方法对其单独保护,将保护气体的温度调节至环境温度附近,确保外界污染源无法进入。

另一种是星体内的活动部件,例如太阳翼驱动机构中的轴承。风云三号采用单翼设计,太阳翼始终对着太阳定向飞行。为保证这一飞行状态,太阳帆板会始终随之旋转,一天要绕着地球飞16圈,这就相当于太阳翼驱动机构中的轴承也要转16圈。为保证轴承正常运行,风云三号采用固体润滑的方式来解决。可一旦固体润滑的轴承有灰尘进入,或是有颗粒污染,积累到一定程度,轴承就会卡住,导致太阳翼无法正常运转,进而卫星可能会失效。“在这种情况下,我们要求对轴承内不间断吹高纯氮气,确保其内部的正压环境,让外界空气无法进入,帮助卫星在天上飞得更久一点。”陈小弟说。

风云三号是“乘”火车前往太原卫星发射基地的。“在运输路途中,卫星的防污染管控关键在于其包装箱的设计。”风云三号主任工艺师张伟告诉记者,为使卫星处于一个洁净、密闭且平稳的空间。812所总装团队设计了自带减震功能的包装箱,通过在箱内维持正压来控制温湿度,并为其减振。这类似磁悬浮一般,让卫星浮在包装箱内,振动冲击很小,就算出现晃动也不会对星体造成影响。此外,在整个运输过程中,科研人员都以数字化方式对箱内温湿度数据及卫星状态进行监测。

除了技术手段,操作人员在涉星操作时都必须严格遵守规定,带上一次性口罩、手套,以及防静电手环,防止人体的唾液、油脂或接触时产生的静电对星体造成影响。作为风云一号的2.0版本,风云三号已经建立了一套完整的、可操作的防污染体系。未来,812所还将融合互联网技术实现环境参数的数据集中采集与远程动态管理,进一步提升卫星产品的防污染保障水平。

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