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中国卫星首次采用3D打印技术

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2015年9月25日,采用固体燃料发动机的中国新型运载火箭长征十一号在酒泉卫星发射中心成功发射,这是长征十一号的首飞,使中国具备快速发射卫星的能力。此次发射搭载了上海航天技术研究院研制的浦江一号卫星和中国科学院上海微小卫星工程中心研制的上科大二号卫星等4颗微小卫星。

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3D打印技术大大提升了卫星的建造速度

浦江一号卫星由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究八院研制,可实现面向用户订制的快速便捷综合信息服务,按“互联网+”的要求,能广泛应用于电磁环境监测、国土资源普查、应急搜救等领域。

浦江一号在中国卫星上首次应用了3D打印技术,其天线支架采用了钛合金材料的3D打印成型方案。这是出于卫星快速研制、降低成本的需求。原来生产一个支架需要4个月的生产周期,采用3D打印,仅仅需要3天的时间:1天完成打印成型,2天开展性能检测检验。3D打印支架的各项性能指标与传统机加工制造的支架性能相当,完全满足设计指标要求。

WiFi是目前应用最为普及的一种短程无线传输技术,通过WiFi可以方便地进行智能设备之间的互联。浦江一号创造性地引入这一概念,通过无线技术互联将航天器上的传感器组成一个“互联网”。此次浦江一号卫星搭载的无线温度传感器是中国无线传感器网络技术在航天器上的首次应用,不仅可以验证无线传感器网络技术在轨的性能,还能有效地节能减重,降低防护和维护成本,并对后续航天器应用具有很好的示范作用。

浦江一号所采用标准的结构杆件、接头、承载板来组成卫星的结构系统,可根据需要任意调节平台舱和载荷舱的空间。此外,浦江一号还首次采用“热切割”释放技术,搭载了微泵流体回路、记忆合金百叶窗、高性能数字信号处理器、大容量静态存储器、新型星敏感器等一系列国产化器件和部组件,对未来空间新技术的广泛应用具有很好的支撑作用,而且推进了空间关键核心元器件、部组件的自主可控。
出于在轨高可靠性运行的考虑,传统的卫星研制往往需要经历方案、初样、正样三个阶段,在方案阶段之后,制造出一颗完整的初样星,用于破坏性环境试验;转入正样后,再生产一颗卫星进行验收级环境试验,研制周期长、成本控制不易。而浦江一号立足商业卫星发展的需要,对研制模式进行了创新性突破,从方案验证阶段直接转入正样阶段,这样就节省了一颗完整的初样星,大大节约了成本。

同时,在设计制造的过程中,浦江一号采用全数字化技术,一改以前人工操作的做法,通过轻量化模型设计出三维电缆网,利用卫星总装过程管控系统,依据模型编写工艺文件,自动生成辅料、工装配套、标准件、仪器仪表等数量,在总装现场用平板电脑记录单机状态等,采集质量数据,后续还将实施现场文件的电子签署,大大缩短了研制周期。

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