航天点亮梦想 勇攀科技高峰 | 记北京卫星环境工程研究所航天器环境工程事业发展历程

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今天，我们迎来了第七个航天日。52年前，“东方红一号”卫星承载着无数中国人向宇宙进军的梦想踏上了太空之旅，我国航天事业也掀开了壮丽恢弘的篇章。
北京卫星环境工程研究所是中国航天器系统集成及空间环境领域的引领者，一代代北卫人勇于担当、奋勇攻坚，使我国的航天器环境工程事业从无到有、从弱到强，书写了我国航天器环境工程事业的华丽篇章。
梦想的起点：填补空白 从无到有
1961年，我国首颗卫星“东方红一号”研制面临一个事关整个工程成败的问题：“卫星上了天，能不能扛得住复杂的外太空环境？在彼时的中国，这是一个难以解决的问题：一方面，美苏对我国实行全面技术封锁，没有专家指导、没有专业资料，更不能出国考察；另一方面，我国的工业基础薄弱，甚至连一块像样的不锈钢材料都生产不出、进口不到。即便如此，中国航天人还是毅然决定研制航天器环境模拟设备与卫星研制同步进行，一切从零开始，一切从无开创。
1965年，全部材料立足国内，继英、美、法、苏之后的中国第一套大型真空试验设备KM1和KM2研制成功，在当时引起了极大的轰动。设备填补了中国航天空间环境工程技术空白，是“中国空间技术60年代初期的三大成果之一”，获全国科学大会奖，被称为“60年代自力更生的典范之一”、“活学活用毛主席著作的典范之一”。1967年春天，大型离心机最后调试成功。这些设备研制成功，给我国第一颗东方红卫星进行了充分的可靠性试验，为一次发射成功做出重要贡献。KM2和大型航天离心机设备使用近50年，性能良好，至今仍正常工作。


▲70年代试验人员用KM2做卫星组件姿态控制系统试验
1967年,为保障中国早期卫星型号研制，经报呈时任国务院副总理的聂荣臻批准，研究所开始了KM3、KM4的建设。KM3、KM4设备建成后，1978年分别获全国科学大会奖；1985年，KM4设备获国家科技进步一等奖。KM3、KM4设备曾为中国第一颗返回式卫星、第一颗气象卫星、第一颗通信卫星、嫦娥三号以及中巴资源卫星等型号进行了热真空与热平衡试验。


▲东方红三号在KM4进行热试验
1969年，为满足东方红一号卫星振动试验要求，研究所技术人员首次用铸块、螺旋调节杆和橡皮绳解决了振动试验悬吊支撑，用1.2吨振动台顺利完成东方红一号卫星的振动试验。同年，由研究所技术人员研制的“43”型离心机对东方红一号卫星进行离心试验。同时，5吨、20吨振动台、噪声试验室、零磁试验室的建设及相关的试验技术也逐渐发展，为实践二号、东方红二号、实践三号等中国航天早期型号研制提供环境模拟试验。
环境工程伴随着中国航天事业的孕育而起步。面临经济匮乏、科技水平低、工业基础薄弱等困难，研究所老一代先驱者艰苦奋斗、持之以恒，开创了航天器环境工程事业的先河，成功完成一系列满足国家需求的环境工程项目研制。
梦想的成长：稳步发展 能力提升
1991年，KM4太阳模拟器验收，在KM4环模设备内，用我国自行研制的辐照面积为6平方米的太阳模拟器，首次对“风云二号”天线进行了太阳辐照及真空低温条件下的试验，试验取得圆满成功。1993年，KM4太阳模拟器获国家科技进步二等奖，KM4太阳模拟器主要技术性能达到国际上同类设备先进水平，填补了国内大型太阳模拟器的空白。
随着我国航天事业的发展，国家“863”规划提出了载人航天的计划。经过多方论证，认为当时已有的空间环境模拟设备不能满足载人航天器的试验要求。1993年，KM6空间环境模拟设备被列入921工程建设项目，明确其是研制和发展载人航天器必需的大型关键设施之一。1998年，研究所自行研制的KM6设备正式启用，当时为亚洲最大的空间环境模拟器。其进行的整船热平衡试验创下了多项国内航天器真空热试验的纪录。KM6设备为我国载人航天器、深空探测飞行器、大型应用卫星的研制成功提供空间环境试验条件，获全国科技进步奖二等奖。


▲神舟五号载人飞船在KM6进行热试验
1988年，研究所和自动化所技术人员联合研制的20吨液压振动台对东方红二号卫星进行低频振动试验。1991年，112立方米高声强混响室建成，其关键设备国产化。设备指标先进，达到了国际上当时同类设备的水平。1999年，研究所建成2163立方米高声强噪声试验室，为当时亚洲最大的噪声试验室。
梦想的绽放：发展壮大 凌云飞跃
进入21世纪以来，经过几代航天人的努力，研究所取得了快速发展，在航天器环境工程领域取得了新的突破，大步开启了从追随到引领的凌云飞跃。
2010年，研究所承担的对俄出口GVU-600空间环境模拟器项目顺利通过俄方交付验收，中国航天首次向世界宇航强国出口系统级航天产品项目取得圆满成功。


▲KM8空间环境模拟器
研究所自主研制了世界第三大、亚洲最大的KM8空间环境模拟器，建成后有效满足了我国空间站开展热平衡和热真空的试验的需求，有力推动了空间站重大工程任务的顺利开展。KM8空间环境模拟器自投入使用以来，先后圆满完成了新一代载人飞船、空间站天和核心舱、巡天空间望远镜平台、问天实验舱等型号的热试验任务，后续还将持续服务于国家重大工程任务。


▲天和核心舱在KM8进行热试验
研究所研制建设了世界最大推力电动振动试验系统——140吨振动试验系统。系统设计和制造立足空间站建设和使用实际，技术参数对标世界前沿，各项技术指标达到国际领先水平。140吨振动试验系统为我国的空间站力学环境模拟立下了汗马功劳，新一代载人飞船、天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱等国之重器都在其上完成了“体检”。


▲天和核心舱在140吨振动试验系统进行力学试验
研究所自主研制的4000立方米高声强混响室有效空间长14.5米、宽11.5米、高24米，内部声场高达156分贝，成为了排名世界第二的高声强混响室。



▲天和核心舱在4000立方米高声强混响室进行噪声试验

混响室成功在4000立方米空间内模拟高声强复杂声场，各项技术指标达到国际先进水平，有力保障了空间站的噪声测试工作。
研究所主导编制的国际标准ISO 19924《空间系统—声试验》、ISO 21494《空间系统—磁试验》、ISO 23670《空间系统—振动试验》成功发布，彰显出研究所在空间环境模拟领域的技术实力，给国际标准烙上了“中国航天”印记。
梦想再启航：不断进取 走向深空
随着我国空间事业的飞速发展，中国航天人的目光开始投向了深空，中国的航天器要开启星际探索的征程。随之而来的，研究所要突破传统环境试验，拓展空间环境模拟的边界。
在地球吹起“来自火星的风”。为使天问一号探测器探火之旅顺利，“祝融号”在火星表面平安“兜风”，研究所开展了火星表面特殊环境的地面模拟，研制了火星表面综合热环境模拟系统，来模拟火星夜晚低温低压并伴有大风的环境。
研制团队陆续攻克一个个跨学科的技术难题，利用多项首创性的设计确保了试验系统所有指标的全面实现，完成了该系统的研制，实现了在15立方米有效试验空间内长时间稳定模拟火星表面的气体成分、气压、风速、风温、风向、火表温度、空间冷背景等综合热环境条件，让“祝融号”火星车提前在地球上过足了“兜风”的瘾。



▲火星表面综合热环境模拟系统效果图

该系统的成功研制，使研究所成为国内唯一能针对大尺寸试件开展火星表面环境模拟试验的单位，也为我国后续的深空探测任务打下了坚实基础。
地外星球“沙盘”助力探测器自如行走。嫦娥奔月承载着中国人的千年太空梦想，而月球是中国航天器之前未曾涉足过的地方，其上到底是什么样的环境？我们的探测器能不能在星表自由行走？如何在地面上模拟月球环境呢？
为了解决这一系列难题，满足国家重大工程任务需求，研究所集智攻关，在地面建起了“月球沙盘”——月面巡视器内场试验室，试验室内利用模拟月壤构建斜坡、坑、平面等多种地形，实现对月表、月海、月陆等区域的模拟，“玉兔”在奔向月球之前，就在这里练习行走；由180余套大功率光源组成的国内首个大型室内太阳光照模拟系统让“玉兔”提前感受月球上太阳光的温度和亮度；月面重力模拟系统采用单索悬挂技术，抵消了“玉兔”的5/6重力，实现月球低重力环境的模拟，还可以对“玉兔”运动状体进行自动跟踪，在国内首次单索实现三维月面重力模拟。该系统为探月工程的顺利开展作出了重大贡献。



▲月球车在内场试验室开展低重力试验

在月面巡视器内场试验室研制的基础上，研究所接续奋斗，一举攻克了火星内场试验系统研制任务，建立起火星车内场试验系统，为“祝融”号在火星的“遛弯”保驾护航。
模拟太阳、点亮梦想。在KM6空间环境模拟器建设伊始，北卫人就富有远见地预留了太阳模拟器光路通道接口。2019年，研究所自主研制的KM6太阳模拟器成功投入型号热平衡试验使用，标志着采用大型太阳模拟器进行整器热试验新方法的开端，填补了我国大型准直式太阳模拟器研制及航天应用的空白，为KM6环境模拟设备工程历时31年的艰辛研制画上了完美的句号。
KM6太阳模拟器是集光、机、电、热、真空为一体的大型复杂模拟设备，具有高度逼真模拟空间太阳辐照外热流和卫星姿态变化的能力，研制技术难度超出想象、现场安装调试复杂程度超出想象！研制团队秉承着老一辈航天人的梦想，付出了艰辛的努力，先后攻克了121块大型拼接准直镜研制、大型聚光镜阵列研制、大型米级光学窗口研制、大型低温转动机构研制、多通道源讯系统研制等关键技术和难题，翻过山丘、越过沟壑，终见太阳！



▲KM6太阳模拟器应用于航天器试验

我国的航天器环境工程事业在坎坷中艰难起步，与中华民族探索浩瀚宇宙的征程同频共振，同奋斗、共成长。在迈向航天强国的新征程中，研究所将上下一心，继续秉承和发扬一以贯之的螺丝钉精神，知重负重、勇毅前行，用航天报国心点亮梦想，勇攀科技高峰，为航天强国建设作出新的更大贡献。

来源：党群办公室

责编：王凯