转自:北京日报客户端
北京日报客户端 | 记者 刘苏雅 通讯员 李新明 薛倩 王泽洋
9月30日,问天实验舱成功转位至天和核心舱侧向停泊口,中国空间站主体结构从“一”字形转为“L”形。操纵转位过程要如何施力?模型中机械臂、太阳翼等复杂附属结构如何处理?复杂系统耦合参数如何准确辨识?要想精准操纵空间站组合体在太空中“便装”,必须在此前通过仿真分析的模型进行充分模拟。航天科技集团五院总装与环境工程部力学试验团队成功研制了一套高精度模态参数识别试验系统,它就像一位“体检大师”,可实现当今世界上最大单体航天器高精度模态参数识别。
空间站在轨运行时是没有支点的,每次接收新的舱段停泊、进行转位和对接运动时,都会对空间站本体产生扰动。并且随着新舱段加入,空间站组合体系统的质心位置、组合体系统惯量、构型等参数均有差异,导致空间站的模态频率和振型等动力学特性不断变化。
因此,为了保证每一个姿态下模型都足够准确,在建立仿真模型后,必须通过模态试验不断进行修正,给空间站姿态控制系统设计提供精准的动力学特性参数,让模型更准确、让转位更平稳、让在轨各项操作更顺畅。
空间站舱段单体的重量约23吨、高度约18米,每个单体包含三个子舱段以及超大型柔性太阳帆板、机械臂等复杂附属结构,结构复杂程度远超一般的航天器,获取它的动力学特性参数并不简单。对这一“重量级选手”开展模态试验,试验团队虽拥有30余年的航天器模态试验经验,仍感到任务艰巨。
由于结构设计复杂,机械臂、太阳翼等子系统间耦合模态参数难辨识,单点激励能量无法有效激起结构的整体振动,无法获取准确全面的振动频响函数……常规“体检”已无法满足技术要求,如果输入的模态参数不够准确,仿真建模结果和据此设计的转位控制方法很可能与实际转位过程中相去甚远。
于是,一位空间站“体检大师”——高精度模态参数识别系统诞生。这套系统能实现当前世界上最大单体航天器高精度模态参数识别,采用了模块组合式结构方案,实现了空间站整器及大型子系统模态参数的准确辨识。
空间站每一次成功“变装”都离不开这套试验系统。围绕后续需求,这套系统也将不断升级,为空间站长期在轨稳定运行贡献力量。
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