張婕 武鵬飛 王亞坤 姜人偉 馮偉

(1 中國空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部,北京 100094) (2 中國兵器工業(yè)導(dǎo)航與控制技術(shù)研究所,北京 100089) (3 北京宇航系統(tǒng)工程研究所,北京 100076)(4 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所,北京 100094)

星箭連接解鎖裝置是指實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與運(yùn)載火箭解鎖分離操作的系統(tǒng),是影響衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié),解鎖時(shí)會(huì)產(chǎn)生高量級(jí)、高頻率、短時(shí)間的沖擊力,可能導(dǎo)致星上沖擊敏感設(shè)備失效[1-2]。例如,美國太空探索技術(shù)(SpaceX)公司采用獵鷹-9運(yùn)載火箭發(fā)射祖瑪(Zuma)軍事衛(wèi)星時(shí)星箭分離失敗,導(dǎo)致衛(wèi)星不知所蹤[3]。因此,星箭連接解鎖裝置技術(shù)是航天器設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一。

星箭連接解鎖裝置技術(shù)自1957年人類發(fā)射首顆人造地球衛(wèi)星以來已經(jīng)歷了3個(gè)階段。第1個(gè)階段為點(diǎn)式火工解鎖裝置,主要采用多個(gè)爆炸螺栓或者分離螺母實(shí)現(xiàn)星箭對(duì)接框的連接和解鎖[4],但由于解鎖可靠性差、沖擊載荷高達(dá)10000gn等缺點(diǎn)已較少應(yīng)用;第2個(gè)階段為線式火工解鎖裝置,由包帶、V形塊、火工分離元件、捕獲裝置等組成,國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展出傳統(tǒng)柔性包帶、可控柔性包帶、緩釋剛性包帶等多種產(chǎn)品,是當(dāng)前國內(nèi)外的主流星箭連接解鎖裝置[5];第3個(gè)階段為線式非火工解鎖裝置,該裝置是針對(duì)線式火工解鎖裝置的解鎖沖擊較大(500gn～3000gn)、存在污染、不可重復(fù)使用等缺點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),已形成電機(jī)解鎖、記憶合金驅(qū)動(dòng)解鎖等方式,目前應(yīng)用多局限于小型衛(wèi)星的連接解鎖[6]。

面對(duì)日益增長(zhǎng)的運(yùn)載火箭和衛(wèi)星的使用需求,本文總結(jié)了近幾十年來國外星箭連接解鎖裝置技術(shù)成果。首先,介紹了國外解鎖裝置技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)原理及飛行應(yīng)用;然后,匯總了國際主流宇航公司的星箭連接解鎖裝置產(chǎn)品,突出產(chǎn)品特點(diǎn)、飛行應(yīng)用、性能對(duì)比;最后,針對(duì)國內(nèi)外星箭連接解鎖裝置發(fā)展現(xiàn)狀,給出國內(nèi)技術(shù)發(fā)展建議。

1 國外星箭連接解鎖裝置技術(shù)

按照衛(wèi)星與運(yùn)載火箭的連接形式,星箭連接解鎖裝置可分為點(diǎn)式和線式2類。點(diǎn)式解鎖裝置是通過多個(gè)分離元件將星箭對(duì)接框連接在一起,通過分離元件解鎖達(dá)到星箭分離的效果,其中,分離元件包括爆炸螺栓、分離螺母等。線式解鎖裝置是通過少數(shù)分離元件連接線性裝置和星箭對(duì)接框,通過分離元件解鎖將線性裝置分解以達(dá)到星箭分離的效果,主要包括包帶解鎖裝置。

下面將闡述現(xiàn)有裝置的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。其中,線式解鎖裝置根據(jù)分離元件類別分為火工與非火工2類,它們除分離元件類別有所差異,其他幾乎相同,因此本節(jié)將其合并介紹。

1.1 點(diǎn)式解鎖裝置

1.1.1 爆炸螺栓

早期星箭連接解鎖裝置是采用爆炸螺栓實(shí)現(xiàn)的,它是利用所裝炸藥使指定部位斷裂完成解鎖功能。星箭對(duì)接面需要多個(gè)爆炸螺栓才能保證連接強(qiáng)度和剛度[7]。解鎖時(shí),所有爆炸螺栓必須全部正常工作才能保證衛(wèi)星可靠分離,因此可靠性不高,并且爆炸螺栓工作時(shí)產(chǎn)生的沖擊很大,不能滿足衛(wèi)星對(duì)解鎖沖擊環(huán)境提出的越來越嚴(yán)格的要求,因此已被歐美航天機(jī)構(gòu)逐步舍棄[8]。

1.1.2 分離螺母

分離螺母是20世紀(jì)中后期發(fā)展起來的火工解鎖裝置,其原理是在火藥燃?xì)怛?qū)動(dòng)下,分離環(huán)沿軸向移動(dòng)解除約束,從而使分離段沿徑向往外移動(dòng)與螺栓的螺紋脫離,釋放螺栓。相對(duì)爆炸螺栓,分離螺母裝置連接承載能力大,解鎖沖擊更小。但是,在星箭連接解鎖裝置應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),分離面仍需要多個(gè)分離螺母才能保證連接強(qiáng)度和剛度,解鎖沖擊力可達(dá)6000gn～10000gn[9]。

分離螺母在國外主要用于小載荷和小接口直徑的星箭分離,如阿里安-5、宇宙神-5、德爾它-4和質(zhì)子運(yùn)載火箭,它們均只有在1666mm直徑適配器上采用了4個(gè)分離螺母裝置與衛(wèi)星相連[10-13]。在較大接口和載荷下,只有日本H-2B運(yùn)載火箭發(fā)射白鸛貨運(yùn)飛船時(shí)采用了12個(gè)分離螺母裝置,此時(shí)貨運(yùn)飛船與運(yùn)載火箭接口直徑約3400mm,貨運(yùn)飛船質(zhì)量16.5t,并且采用2次解鎖策略(每次6個(gè))以減小解鎖沖擊力,但沖擊力仍高達(dá)10000gn[14]。

1.2 線式解鎖裝置

星箭線式解鎖裝置中應(yīng)用最廣泛的是包帶解鎖裝置,其工作原理為:處于星箭連接狀態(tài)時(shí),在包帶的兩端施加預(yù)緊力,使包帶內(nèi)側(cè)V形塊與星箭對(duì)接框緊密配合;星箭分離時(shí),分離元件解鎖后,加載在包帶上的預(yù)緊力突然消失,使包帶與V形塊在應(yīng)變能作用下沿徑向向外運(yùn)動(dòng),當(dāng)V形塊與星箭對(duì)接框完全脫離后,捕獲裝置將包帶和V形塊捕獲,通過內(nèi)部垂向壓縮彈簧彈力釋放實(shí)現(xiàn)星箭分離操作[15]。相對(duì)于點(diǎn)式解鎖裝置,包帶解鎖裝置具有連接剛度好、解鎖沖擊低、污染少等優(yōu)勢(shì),已成為現(xiàn)今國內(nèi)外運(yùn)載火箭連接解鎖裝置中的衛(wèi)星主流解鎖裝置。

1.2.1 傳統(tǒng)柔性包帶解鎖裝置

傳統(tǒng)包帶解鎖裝置是由1條或多條包帶組成,包帶是由厚度較薄鋼帶制成的柔性結(jié)構(gòu),V形塊通過緊固件固定在包帶內(nèi)側(cè),包帶之間采用1個(gè)或多個(gè)分離元件(爆炸螺栓或切割器)連接,包帶解鎖后通過在支架上的拉簧和包帶柱軸之間的限位簧進(jìn)行捕獲操作[15],如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)柔性包帶解鎖裝置Fig.1 Traditional flexible band unlocking device

傳統(tǒng)柔性包帶解鎖裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但存在以下問題:①解鎖時(shí)V形塊解鎖同步性較差,衛(wèi)星解鎖后姿態(tài)不易控制;②安裝需要的靜態(tài)包絡(luò)軸向空間較大,增加了結(jié)構(gòu)尺寸和總量;③包帶柔性較大,解鎖過程動(dòng)態(tài)包絡(luò)不可控,拉簧及限位簧對(duì)包帶的約束性較差;④分離元件為爆炸螺栓或切割器,解鎖時(shí)間過快(小于1ms),造成解鎖沖擊很大;⑤包帶預(yù)緊力加載分布不均勻,且不易控制[15]。

1.2.2 可控柔性包帶解鎖裝置

薩伯-愛立信(Saab Ericsson)公司(現(xiàn)瑞士魯埃格(RUAG)公司)設(shè)計(jì)了一種可控柔性包帶解鎖裝置,在傳統(tǒng)捕獲裝置基礎(chǔ)上采用扭簧代替拉簧完成包帶捕獲,且在包帶周向設(shè)計(jì)多個(gè)捕獲器完成包帶接頭捕獲,具體構(gòu)型見圖2。

通過上述改進(jìn),可提高V形塊解鎖同步性,減小靜態(tài)包絡(luò)和動(dòng)態(tài)包絡(luò),提高整流罩內(nèi)空間利用率和對(duì)包帶的約束能力。但是,仍然不能解決解鎖沖擊大、預(yù)緊力均勻性差等不足[16]。

1.2.3 緩釋剛性包帶解鎖裝置

歐美宇航公司針對(duì)傳統(tǒng)柔性包帶的不足,提出了緩釋剛性包帶解鎖裝置,并在剛性包帶設(shè)計(jì)、捕獲方式、降沖擊、預(yù)緊力加載等方面取得突破。

1)剛性包帶方案

剛性包帶是由剛度較大的鋁帶制造而成,與傳統(tǒng)柔性包帶相比最大的不同是彈性變形方向,柔性包帶是沿包帶長(zhǎng)度方向變形,而剛性包帶是沿包帶徑向變形,見圖3。剛性包帶解鎖裝置只有1條包帶和分離元件。包帶在自由狀態(tài)下開口很大,施加預(yù)緊力后包帶兩端被拉緊,此時(shí)包帶內(nèi)部存儲(chǔ)較大的彈性能,它可實(shí)現(xiàn)包帶連接與解鎖功能。剛性包帶方案使得V形塊解鎖運(yùn)動(dòng)一致性、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)預(yù)測(cè)性和可控性提高,同時(shí)剛性包帶與V形塊間相對(duì)滑動(dòng)減少,有利于提高預(yù)緊力的均勻性,使其成為國外主流星箭連接解鎖裝置[17]。

剛性包帶種類繁多,且不同截面形狀會(huì)采用不同的包帶/V形塊連接形式,具體見圖4和表1。由于C形截面和整體式剛性包帶剛度更大,可加載的預(yù)緊力更大,相同接口尺寸下的承載性能比I形截面剛性包帶更高,是傳統(tǒng)柔性包帶的1.75倍[18-20]。

圖3 剛性包帶結(jié)構(gòu)及變形原理示意Fig.3 Schematic diagram of rigid band structure and deformation principle

圖4 剛性包帶分類Fig.4 Classification of rigid band

表1 包帶截面形狀與包帶/V形塊連接形式對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 Corresponding relationship between connection ways of cross-section shape and band/V-block

2)捕獲方案

根據(jù)剛性包帶變形特點(diǎn),一般采用徑向捕獲方式,在包帶解鎖裝置的下端框上安裝固定式捕獲器實(shí)現(xiàn)捕獲功能,這種捕獲器能夠在較小的徑向空間下有效控制剛性包帶的運(yùn)動(dòng)包絡(luò),其結(jié)構(gòu)形式較多,見圖5[21]。

3)降沖擊方案

國外研究表明,傳統(tǒng)柔性包帶解鎖沖擊較大的主要原因是解鎖時(shí)間太短導(dǎo)致儲(chǔ)存在包帶及星箭對(duì)接框內(nèi)的應(yīng)變能突然釋放,而設(shè)計(jì)包帶預(yù)緊力緩釋裝置、延長(zhǎng)預(yù)緊力釋放時(shí)間是實(shí)現(xiàn)降低沖擊載荷的關(guān)鍵。國外主要有2種緩釋裝置,第1種是利用螺紋傳動(dòng)把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以增加運(yùn)動(dòng)時(shí)間,原理見圖6。在星箭連接狀態(tài),包帶預(yù)緊力通過2根螺桿加載在飛輪上,使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),通過火工拔銷器/記憶合金絲阻止飛輪旋轉(zhuǎn)。解鎖時(shí),通過銷子拔開/合金絲變形使得飛輪在預(yù)緊力作用下轉(zhuǎn)動(dòng),螺桿與飛輪脫開后實(shí)現(xiàn)包帶解鎖分離,該方法已應(yīng)用在瑞士RUAG公司[16]和美國內(nèi)華達(dá)山脈公司(SNC)的包帶預(yù)緊力緩釋裝置(CBOD)[22]上。第2種是通過連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)增加運(yùn)動(dòng)時(shí)間,原理見圖7。在星箭連接狀態(tài),連桿機(jī)構(gòu)通過分離螺母壓緊,解鎖時(shí)分離螺母工作,連桿機(jī)構(gòu)在包帶預(yù)緊力作用下運(yùn)動(dòng),以實(shí)現(xiàn)包帶解鎖,該方法已在西班牙EADS CASA的釋放機(jī)構(gòu)上應(yīng)用。這2種方法都能將解鎖沖擊載荷從3000gn～4000gn降低到1000gn以下[19-20]。

圖6 基于螺紋傳動(dòng)的緩釋裝置Fig.6 Slow-releasing device based on screw drive

注:T為解鎖沖擊力;Vt為橫向速度;Vr為縱向速度。圖7 基于連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的緩釋裝置Fig.7 Slow-releasing device based on linkage movement

4)預(yù)緊力加載方案

預(yù)緊力加載包括包帶端頭加載、V形塊直接加載和包帶降溫加載。包帶端頭加載方式與傳統(tǒng)柔性包帶加載方式相似,都是使用液壓加載工具直接作用在包帶接頭處,通過拉緊包帶兩端進(jìn)行預(yù)緊力施加,如圖8所示。由于剛性包帶在長(zhǎng)度方向變形量較小,因此采用這種加載方式,預(yù)緊力均勻性好于柔性包[16]。

V形塊直接加載方式適用于C形截面剛性包帶,通過V形塊背面的預(yù)緊螺釘對(duì)每一塊V形塊單獨(dú)加載,作用在包帶上的預(yù)緊力均勻可控,且加載操作方便、安全,如圖9所示[19]。

包帶降溫加載方式適用于包帶-V形塊一體式剛性包帶,采用電加熱帶將包帶加熱到較高的溫度,然后用包帶連接星箭對(duì)接框,并用分離元件連接好包帶接頭,隨著包帶溫度下降,包帶收縮,預(yù)緊力自然加載完成。由于包帶升溫和降溫均勻,因此預(yù)緊力分布也很均勻,且容易施加大預(yù)緊力,如圖10所示,其中紅色帶子為電加熱帶[20]。

圖8 包帶端頭液壓加載工具Fig.8 Hydraulic loading tool for band end

圖10 包帶降溫加載預(yù)緊力Fig.10 Preload from band cooling loading

1.2.4 可檢測(cè)機(jī)電包帶解鎖裝置

以上所提及的解鎖裝置均依靠火工品實(shí)現(xiàn)解鎖功能,均存在解鎖過程動(dòng)態(tài)包絡(luò)不可控問題,美國行星系統(tǒng)公司(PSC)首次提出可檢測(cè)機(jī)電包帶(MLB)解鎖裝置,可實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可控解鎖。MLB解鎖裝置與傳統(tǒng)包帶解鎖裝置原理不同,后者采用向外擴(kuò)張的方式完成解鎖操作,而MLB采用包帶收縮方式。MLB解鎖裝置的上端框與衛(wèi)星固定在一起,下端框與運(yùn)載火箭固定在一起,旋轉(zhuǎn)塊固定在下端框上,內(nèi)撐環(huán)放置在旋轉(zhuǎn)塊的U形槽內(nèi),通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)撐環(huán)的擴(kuò)展/收縮,使得旋轉(zhuǎn)塊繞軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)入/脫離上端框的V形槽,從而實(shí)現(xiàn)星箭的鎖緊/釋放,原理見圖11[23]。

與傳統(tǒng)包帶解鎖裝置相比,MLB解鎖裝置具備可檢可測(cè)、超低沖擊300gn、質(zhì)量小、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)包絡(luò)小、安裝操作簡(jiǎn)便、可重復(fù)使用等優(yōu)勢(shì),目前主要用于小型衛(wèi)星的連接解鎖。

圖11 典型MLB解鎖裝置工作原理及結(jié)構(gòu)示意Fig.11 Principle and structure diagram of a typical MLB unlocking device

1.3 解鎖裝置技術(shù)應(yīng)用

國內(nèi)外現(xiàn)役主流運(yùn)載火箭連接解鎖裝置及相應(yīng)參數(shù)見表2[10-14, 24-29],本文所述的沖擊譜峰值指星箭界面處的沖擊響應(yīng)。現(xiàn)有的星箭連接解鎖裝置包括分離螺母(10000gn)、爆炸螺栓(3000gn～8000gn)、傳統(tǒng)柔性包帶(3000gn～5000gn)、緩釋剛性包帶(1000gn～3000gn)、可檢測(cè)機(jī)電包帶(2000gn)等,其中,緩釋剛性包帶和可檢測(cè)機(jī)電包帶引起的沖擊載荷明顯較小。此外,國外緩釋剛性包帶應(yīng)用最為廣泛,國內(nèi)仍以傳統(tǒng)柔性包帶為主,使得與國外先進(jìn)沖擊譜水平相比量級(jí)高達(dá)2000gn。

表2 國內(nèi)外現(xiàn)役主流運(yùn)載火箭連接解鎖裝置及相應(yīng)參數(shù)Table 2 Connection and unlocking devices and their corresponding parameters of mainstream launching vehicles in service

2 國外星箭連接解鎖裝置產(chǎn)品

緩釋剛性包帶和可檢測(cè)機(jī)電包帶引起的沖擊載荷是國內(nèi)外解鎖裝置技術(shù)中最小的,代表了國際最先進(jìn)水平,以下僅介紹這2類包帶相關(guān)的國際主流公司產(chǎn)品。

2.1 瑞士RUAG公司

瑞士RUAG公司是國外運(yùn)載火箭采用的衛(wèi)星適配系統(tǒng)和連接解鎖裝置最主要的供應(yīng)商,可提供系列化國際標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù),其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在阿里安、宇宙神、德爾它、質(zhì)子、聯(lián)盟、天頂、金牛座、人牛怪等運(yùn)載火箭上,且自20世紀(jì)70年代以來已參加了550多次飛行[16]。其中,包帶解鎖裝置產(chǎn)品直徑覆蓋35.6cm到261.6cm[21,30-32](見圖12),均采用I形截面剛性包帶,采用螺釘或搭片連接包帶與V形塊,以及CBOD(見圖13),該系列包帶解鎖沖擊均小于1000gn[33]。

圖12 RUAG公司的衛(wèi)星適配系統(tǒng) Fig.12 Satellite adaptation system of RUAG company

圖13 RUAG公司的CBOD Fig.13 CBOD of RUAG company

2.2 西班牙EADS CASA

西班牙EADS CASA研制的包帶連接解鎖裝置有CRSS[19]和LPSS[20]2種類型。

CRSS采用整體式剛性包帶,具備包帶剛度好、可施加的預(yù)緊力大等優(yōu)點(diǎn),使得包帶承載性能大大提高,如傳統(tǒng)1194mm包帶最大可連接質(zhì)量4000kg衛(wèi)星,而CRSS可連接質(zhì)量7000kg衛(wèi)星。CRSS采用2個(gè)冗余的火工切割器作為分離元件,采用降溫法施加預(yù)緊力,接口尺寸包括937mm,1194mm,1666mm,1875mm,2105mm,2624mm,3936mm(見圖14),涵蓋了大部分國際通用接口。其中:3936mm接口是目前世界上接口直徑最大的包帶,已成功應(yīng)用在阿里安-5運(yùn)載火箭搭載的第4艘自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器(ATV-4)阿爾伯特-愛因斯坦貨運(yùn)飛船(質(zhì)量20.2t)上。CRSS廣泛應(yīng)用于阿里安-5、聯(lián)盟、織女星、隆聲、質(zhì)子運(yùn)載火箭,已成功完成了150多次飛行[19]。

LPSS是在CRSS基礎(chǔ)上進(jìn)行降沖擊改進(jìn)的產(chǎn)品,包帶采用剛度較大的C形截面、T形滑槽配合包帶與V形塊、連桿緩釋裝置、V形塊徑向加載方式。LPSS接口尺寸有937mm和1194mm,解鎖沖擊小于700gn,已應(yīng)用于阿里安-5、維加、隆聲等運(yùn)載火箭,成功完成了30多次飛行[20]。

2.3 美國SNC

美國SNC的包帶解鎖產(chǎn)品有QwkSep連接解鎖裝置,采用I形截面剛性包帶和自主研發(fā)緩釋裝置CBOD和Mini-CBOD,具體構(gòu)型見圖15,規(guī)格分類見表3。相對(duì)其他公司的剛性包帶,具備輪廓低矮、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝空間要求低等優(yōu)點(diǎn)[22,34]。

采用記憶合金絲觸發(fā)緩釋裝置(Mini-CBOD)的43.2cm連接解鎖裝置,已于2004年完成飛行試驗(yàn)(德爾它-4運(yùn)載火箭/納衛(wèi)星(Nanosat)),Mini-CBOD結(jié)合瑞士RUAG公司的93.98cm包帶已于2007年完成了飛行試驗(yàn)(軌道快車衛(wèi)星)。目前,SNC正在開發(fā)119.38cm和167.64cm直徑的剛性包帶,并將用于阿里安、宇宙神-5、德爾它-4、質(zhì)子、海上發(fā)射和獵鷹-9等運(yùn)載火箭[22]。

圖15 QwkSep解鎖裝置Fig.15 Qwksep unlocking device

表3 QwkSep解鎖裝置規(guī)格分類Table 3 Specification classification of Qwksep unlocking device

2.4 美國PSC

美國PSC致力于研究非火工包帶解鎖裝置,已形成5代產(chǎn)品(如圖16所示)。其中:前3種目前已不再生產(chǎn),當(dāng)前正在使用的是Mark II型MLB解鎖裝置,研發(fā)中的Mark III型已經(jīng)不再屬于包帶解鎖裝置[35-36]。

MLB解鎖裝置主要用于小衛(wèi)星的連接解鎖,其現(xiàn)貨產(chǎn)品接口尺寸有20.3cm,29.7cm,33.0cm,38.1cm,46.5cm,50.3cm,59.2cm,61.0cm,80.3cm,95.3cm,98.6cm,還可根據(jù)用戶要求定制非標(biāo)尺寸和形狀(多邊形)的產(chǎn)品。其產(chǎn)品已應(yīng)用于維加、人牛怪、飛馬座、宇宙神-5/ESPA、德爾它-4、獵鷹-9、隆聲運(yùn)載火箭,已有34件不同規(guī)格的解鎖裝置成功完成了21次飛行[23]。

圖16 PSC非火工包帶解鎖裝置的發(fā)展歷程Fig.16 Development history of non-explosive band unlocking device of PSC

2.5 產(chǎn)品性能對(duì)比

國外包帶解鎖裝置的最大供應(yīng)商是瑞士RUAG和西班牙EADS CASA,2家公司的產(chǎn)品系列全面、性能優(yōu)異。美國SNC和PSC產(chǎn)品主要應(yīng)用于小衛(wèi)星,具備非火工包帶解鎖裝置技術(shù)。對(duì)上述包帶解鎖裝置性能進(jìn)行對(duì)比[16-23],見表4。

表4 相同接口尺寸下國外各公司包帶解鎖裝置參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of band unlocking device parameters of foreign companies of same interface size

3 啟示與建議

本文分析了近幾十年來國外星箭連接解鎖裝置的技術(shù)和應(yīng)用,總結(jié)如下。

(1)國內(nèi)星箭連接解鎖裝置技術(shù)仍局限于傳統(tǒng)柔性包帶,國外已開發(fā)和成功應(yīng)用可控柔性包帶解鎖裝置、緩釋剛性包帶解鎖裝置、可檢測(cè)機(jī)電包帶解鎖裝置,降低沖擊力超過2000gn,因此我國發(fā)展新型星箭連接解鎖裝置技術(shù)刻不容緩。緩釋剛性包帶在國外應(yīng)用最為廣泛,相對(duì)傳統(tǒng)柔性包帶在解鎖同步性、動(dòng)靜態(tài)包絡(luò)、解鎖沖擊、預(yù)緊力均勻性方面優(yōu)點(diǎn)突出,是國內(nèi)發(fā)展新型星箭連接解鎖裝置技術(shù)的重要突破口。本文給出了緩釋剛性包帶的關(guān)鍵技術(shù)原理,包括緩釋剛性包帶的構(gòu)型、捕獲、降沖擊及預(yù)緊力加載的國外細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容,可作為參考,尤其是應(yīng)該從降低沖擊角度優(yōu)化國內(nèi)星箭連接解鎖裝置。

(2)國外包帶解鎖裝置的最大供應(yīng)商是瑞士RUAG和西班牙EADS CASA,2家公司的產(chǎn)品系列全面、性能優(yōu)異,美國SNC和PSC的產(chǎn)品主要應(yīng)用于小衛(wèi)星,具備先進(jìn)非火工解鎖裝置技術(shù)。國內(nèi)公司較少專注于包帶解鎖裝置的研發(fā),更多是火箭或衛(wèi)星研制單位同時(shí)研制適配火箭或衛(wèi)星的包帶解鎖裝置,這樣容易導(dǎo)致國內(nèi)包帶解鎖裝置產(chǎn)品系列不全面,難以專注突破包帶解鎖裝置技術(shù)。建議國內(nèi)公司建立包帶解鎖裝置產(chǎn)品系列譜,從產(chǎn)品角度出發(fā)研制包帶解鎖裝置,從實(shí)際應(yīng)用角度開發(fā)新型包帶解鎖裝置。