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电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空 我院韩静涛教授团队再创佳绩

资料来源:   [2018-02-03] 点击数:

      新华社消息,221551分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空,进入预定轨道。北京科技大学韩静涛教授团队研制生产的大型空间展开系统(一维弹性伸杆机构)作为主要执行机构进入太空,承担将卫星所携带的多个荷载送入卫星外太空的任务。空间展开系统能否将这些传感器安全、高效、准确、可靠地送入太空指定位置,是航天器发射任务成败的最终和最关键的环节。卫星在轨工作时,为完成电磁场等太空信号的探测,需将探测仪器伸展至远离星体的位置,而受运载火箭和卫星结构的限制,卫星本体难以达到重力梯度稳定对惯量特性的要求。因此采用一维弹性伸杆机构,在地面卫星工装将探测仪器压缩至极小的空间内,如图1所示。

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在卫星入轨后利用一维弹性伸杆机构把端质量(如天平动阻尼器、电磁场探测仪器等)伸向远离本体的外端,进行地球电磁场等参量的探测。弹性伸杆机构在卫星上的工作状态如图2。一维弹性伸杆机构是带荷载卫星的核心部件,张衡一号卫星装备的空间展开系统由六个一维弹性伸杆机构组成,此类弹性伸杆机构的研制成功极具应用与推广价值。

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新开发的弹性伸杆机构具有自驱动,重量轻,储能高,大幅降低机构复杂性,展开精度高等特点,而成为国际宇航界的新宠和研究热点。目前,中国北京科技大学、美国HUNTER公司、加拿大Spar公司成为具备此类机构的研发和制造能力,北京科技大学在技术和产品应用上具有领先优势。此次张衡一号卫星的发射,将使我国大型空间展开机构在荷载数量、展开效率准确性、高效性等指标上处于国际领先地位。

20136月,韩静涛教授团队接受任务,从伸杆机构原理设计、材料研制与定型、成形工艺理论研究、装备技术研究、装备设计制造与逐渐改造优化、样件试制改进,到形成工业化生产车间,经历的艰难与快乐的历程。经过近80次的太空环境实验与搭载实验,获得了中国航天科技集团的完全肯定,并确定以张衡一号为标志,北京科技大学制造的一维弹性伸杆机构开始全面装备中国发射的航天器。目前,已有天宫四号等多颗航天器已经装备了北京科技大学制造的此类展开系统,候时待发。韩静涛教授团队目前正在开展进一步的研究工作,研制2020年即将登陆火星的嫦娥五号用二维空间展开机构――太阳帆的研制工作,并进一步参与我国宇航空间站方案的设计工作。

北京科技大学韩静涛教授团队是国内外塑性加工领域有重大影响,长期扎根于生产一线,服务国民经济建设主战场,是一支硕果累累的科研队伍。

在国家重大技术装备领域,1995年,韩静涛教授提出了金属材料内裂纹自修复理论,引起了国际上的重大反响,并成为至今热度不退的国际材料学术领域研究热点。依据该理论,韩静涛教授提出关于大型饼类、模块类、轴类、法兰类、筒体类锻件的控制裂纹锻造工艺,解决了长期困扰大型锻件的锻造裂纹问题,使我国大型锻件合格率由44%迅速提高到98%以上,并使我国大型与超大型核电锻件、火电锻件、加氢反应器等锻件的经济、可靠制造成为可能,为我国重大装备制造业的快速稳定发展奠定了重要的基础。

在高速铁路技术领域,1990年代中期以前,我国铁路运输客货混线运行,火车通行最高通行时速不能超过120Km/h。因为超过此时速限制,传统带孔火车车轮腹板上的孔周边将产生裂纹,为提高车速就必须开发出我国自己的实心腹板车轮。1996年,韩静涛教授团队承担了国家“九五”重点工程“太重火车车轮生产线建设”项目的工艺技术开发任务,负责锻造、轧制、热处理等热线工艺开发,以及车轮轧机设计、制造、安装、调试,与控制模型开发研制任务。创造性地提出了轮盘件逐次成形理论、环盘件错位移心轧制等工艺理论,形成了我国自己的火车车轮轧制理论与工艺,并成功地应用于生产实践。与太原重型机械集团公司攻关团队共同建成了我国第一条实心腹板火车车轮生产线,为我国铁路提速列车、高速列车用车轮的开发和应用,为我国铁路七次大提速奠定了坚实的理论和工艺应用基础,对国家经济发展做出了重要贡献。

在不锈钢大国与强国建设中,1997年以前,中国是不锈钢的弱国和小国,全国不锈钢板材总量不足3万吨/年。为彻底改变这种状况,国家计划委员会启动了国家科技创新计划“高质量不锈钢板材技术开发”,在太钢建设一个年产30万吨的优质不锈钢板材生产基地。韩静涛教授带领北京科技大学团队参加了该项目,负责冶炼、热轧、冷轧、酸洗、退火工艺技术开发,考察学习国际先进不锈钢生产线、生产线设计与关键设备选型等技术工作,提出了20辊轧机板型控制理论与工艺技术,与太原钢铁公司王一德教授团队和钢铁研究总院康喜范教授团队一道,为我国优质不锈钢板材产量由3万吨至30万吨的历史性突破做出重要贡献。

在先进复合材料领域,2004年,韩静涛教授提出了关于复合材料界面的ZUX理论,开发出“离心浇铸复合制坯+热挤压成形+冷轧/拔成形”工艺制造全冶金复合双金属管新工艺,并与新兴际华集团、攀枝花钢铁(集团)公司合作生产出高温合金/碳钢、不锈钢/碳钢、高碳钢/普碳钢、钛/碳钢等40余系列双金属复合管产品,成为国际上界面复合性能最好的双/多金属复合材料。目前已推广应用于石油、化工、军工等重要国民经济领域,取得了巨大的经济效益,该项目成果在20151213日央视《大国重器》进行了专题报道。在此基础上,韩静涛教授团队又开发出双金属复合板技术、大变形高铬铸铁材料技术、6.5wt%硅钢技术、304BN系列核屏蔽材料技术、高性能多层防弹材料技术、高性能复合枪/炮管材料技术,这些技术的共同特点是便于应用现有钢厂主要装备,易于大规模工业化生产。

在“一带一路”、“城市综合管廊”、“海绵城市建设”等国家战略领域 自2004年开始,韩静涛教授团队全面系统地研究并向国内推介波纹钢管技术,2012 年组建了全国唯一的波纹钢管研究与推广团队,推动波纹钢管技术在我国“一带一路”基础设施建设、城市综合管廊、“海绵城市”建设、军事工程建设等领域的研究和应用,牵头编写了《冷弯波纹钢管GB/T34567- 2017》等系列国家、行业与地方标准,造成了巨大的社会影响,使波纹钢产品成为钢铁深加工产品的新宠,并将为中国钢铁行业创造约2600万吨/年的新兴市场。

面向国民经济建设主战场,2012年,韩静涛教授提出了“冷热复合成形技术”理念和技术应用方法,很好地解决了高强、厚壁、复杂断面钢材的成形技术难题,开发出多种新型钢材深加工产品,在国民经济建设主战场发挥了重要作用。其中,在汽车与运载工具轻量化领域,高强钢可大幅度降低运载设备的整体质量,提高设备承载能力和安全性,降低运输能耗,是世界范围内争先研究和开发的技术领域。然而,高强/超高强钢塑性差、难于成形成为其开发与应用的主要技术障碍,市场开拓举步维艰。除中国外,全球热成形钢板的产需市场也仅为30万吨/年。韩静涛教授团队开发出的15002100MPa冷热复合辊压成形超高强异形钢管,工艺技术和产品质量可靠,已大批量应用于宇通、金龙等客车车身主要构件,轿车防撞杆、保险杠、稳定杆等重要结构件,并将很快成为各类运载工具的主要结构件材料。仅此一项,国内即将产生≥10万吨/年需求的超高强汽车用热成形钢市场。

在钢结构/装配式住宅开发领域,多年来,钢结构技术发展迟缓的主要制约因素为厚壁(≥6mm)钢构件制造技术,因钢板在其弯曲变形部位出现显著的钢板厚度减薄、微裂纹,强的残余应力,钢板厚度越大、强度越高,问题就越严重。近年来,国家大力推广钢结构技术应用、装配式住宅开发,但占建筑结构用钢 50%以上的方矩型钢管,尤其是做为主要承力构件的厚壁方矩形钢管,大部分只能采用四片钢板焊接制造,手工操作和焊接工作量大,建筑质量难于控制,后期畸变和运维成本高,环境污染严重。为彻底解决该技术瓶颈问题,韩静涛教授团队开发出被建筑行业称之为“外方内圆”,角部增厚的厚壁无缺陷方矩形钢管,同规格材料相应提高截面模量近40%,得到了建筑专家的一致首肯和赞扬,必将推动钢结构技术的划时代进步,并在更广阔领域获得应用,将在近期内为中国钢铁业新增≥4000万吨/年的应用市场。目前,以中厚钢板为原料,采用同类技术生产的平行腿角钢、平行腿槽钢(同规格产品可增加 20%截面模量)已悄然应用于国内外钢结构市场。韩静涛教授团队正在组织编写冷热复合成形方矩形钢管的国家标准。

在现代交通运输领域,钢结构桥梁已成为国家重点关注和大力推动开发的领域,并提出我国钢桥比由不足1%迅速提高到30%以上的要求,但引起钢桥 90%以上病害的传统冷弯等厚U肋,成为制约钢桥技术发展和应用的“瓶颈”,通过与国内外桥梁技术专家的多方沟通,韩静涛教授提出了端部增厚辊压成形U肋的概念,并成功开发出新型端部增厚的UTU肋,西南交通大学国家桥梁重点实验室测试结果表明,新型UTU肋可大大增强焊接接头的疲劳性能,大幅度提高了钢结构桥梁的可靠性和稳定性。现已在国内外近20座大型桥梁的建设中获得了应用。并在近期将为我国钢铁行业新增2200万吨/年的市场。

在北京科技大学的研究团队中,韩静涛教授团队的主要特色为理论功底深厚,长期坚守生产一线,实践经验丰富,实际动手操作能力强。该团队一贯以国民经济建设重大技术问题与重大需求为主线,积极主动引导与开拓新的技术与市场需求,形成了一个个重大的原始性创新。服务于行业的长远发展方向和政府政策导向,坚守国家经济发展的主干道,这也是北京科技大学科学研究工作的一贯发展方向。