主動隔振技術是怎樣讓乘坐天舟一號不“暈船”的-中國科普博覽

出品：科普中國

製作：中國科學院空間應用工程與技術中心 楊吉 董文博

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

【原編者按：

即將發射的天舟一號，除了要與天宮二號交會對接、實施推進劑在軌補加，還要開展一系列空間科學實驗和技術試驗的任務。

中國科學院空間應用工程與技術中心是載人航天工程空間應用系統的總體單位，代表中國科學院抓總負責載人航天空間科學與應用任務的規劃、實施及成果產出與推廣，具體承擔工程研製的組織管理，系統設計、集成、測試，可靠性保障，在軌技術支持，有效載荷運控管理，數據獲取及應用成果的推廣服務等系統技術支持、支撐、保障、服務工作。

在此特別感謝中國科學院空間應用工程與技術中心的支持！】

在生活中，我們手裏拿着一杯滿滿的水，走動時水就會灑；我們手裏拿着相機，如果發生抖動，照片就會模糊。在工業生產中，靜密加工平台中遇到振動，就會造成加工失敗；結晶體中遇到振動，晶體生長就會出現瑕疵；吊艙相機中發生晃動，會影響圖像質量。

而航天器上，雖然處於微重力環境，但是由於星上、船上的姿軌控、風機、飛輪、帆板的動作，帶來了很多擾動。

科學實驗（流體、材料、基礎物理）如果不能克服這些微擾動，就達不到理想的微重力效果，失去了上天實驗的意義。此外，星上的高分辨對地觀測相機、天文相機，如果遇到振動，就會發生成像模糊。激光通信、激光掃描，如果遇到船體振動，就會造成光線發散，能量耗散。

所以，一定要隔離振動，才能給航天器創造更好的條件。

主動隔振技術是什麼？

**隔振有被動隔振和主動隔振的區別。**採用被動隔振，加彈簧或阻尼就可以，自行車的車坐上都有；但彈簧有共振頻點，隔振水平也一般，不能滿足高指標要求的隔振。

而根據微重力科學實驗的要求，要做到隔離1Hz以下的振動（或者叫做晃動）；而且要達到0.0001g以下的水平（地面的重力是1g，汽車路面振動一般小於0.1g），才能獲得更好的微重力環境水平，實現更理想的科學研究成果。在這種情況下，我們的科研人員開始研發主動隔振技術。

本次天舟一號“主動隔振關鍵技術驗證”任務由中國科學院空間應用工程與技術中心負責。該項目經過了從科學論證到技術攻關、從實驗室技術到高可靠產品的歷程，可以説是“十年磨一劍”。

項目組來自各個專業方向的團隊，平均年齡35歲以下。依靠大家的齊心協力和共同努力，終於搭上了天舟的班車。

天舟一號上的主動隔振裝置有兩個主要目標：

第一、在空間進行六自由度主動隔振關鍵技術驗證，評估六自由度主動隔振控制算法，測試驗證主動隔振系統的功能和性能指標；

第二，在飛船平穩期為非牛頓實驗檢驗關鍵技術驗證裝置提供高水平微重力環境。

**這項技術屬於國內首次實施，將使我國成為繼美國和加拿大後第3個在軌採用主動隔振控制技術服務於空間微重力實驗研究的國家；**將極大支持和推動空間站高微重力實驗平台的研製建設，取得的技術成果可以直接服務於未來我國空間站階段的空間科學實驗載荷。

主動隔振裝置電控箱和主體

主動隔振技術如何實現“主動出擊”

那麼這項技術的原理和裝置構成是什麼呢？

主動隔振系統由定子和浮子兩部分構成，利用磁懸浮主動控制技術，使浮子和定子非接觸，從而隔離來自飛船平台的振動。控制器通過加速度計感知浮子加速度的變化，通過位置敏感器感知定子浮子相對位置的變化，並計算反饋電流，驅動電磁激勵器，形成閉環控制。

主動隔振裝置由主體和電控箱兩台單機構成，非牛頓引力驗證裝置安裝在主體的浮子上，通過屏蔽罩封閉。

主動隔振裝置工作原理

主動隔振裝置地面測試高頻隔振效果（紅色是定子、藍色是浮子）

未來，我們想繼續推廣主動隔振技術在空間的應用。

天舟一號的搭載是我們的“小目標”，我們的長期目標是做強空間磁懸浮主動隔振的技術，為更多空間應用載荷服務，例如空間光學相機、激光通信等，助力他們達到更高的指標水平，實現更高的科學和技術成果。

如果有可能的話，我們的技術也可以在航空光學吊艙、車船減振、工業精密加工、相機防抖等方方面面發揮作用。

項目團隊成員合影

（前排：董文博、周妍林、白晨紅、王婷、桑曉茹、康博齊、劉桂芝、元媛、高玉娥

後排：任國榮、於夢溪、劉偉、呂世猛、張永康、楊鵬、王安平、李宗峯。）

**空間科學、空間應用、空間技術是空間三駕馬車。**要想實現從航天大國到航天強國的跨越，就要不斷的提升我們的載荷技術水平，在細節上、在精度上、在性能上的指標上達到更高的高度，使我們步入強國之列。

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