突破国外技术封锁,助力嫦娥四号成功登陆月球背面,来自北京科技大学的他,创下世界第一!

脚踏实地,仰望星空,开启一个个原创性传奇;躬耕科研,数载坚守,点燃一个个中国航天梦!他,就是先后助力"张衡一号"卫星升空、"嫦娥四号"探秘月球的北京科技大学教授——韩静涛

韩静涛,北京科技大学教授。现任北京科技大学材料加工工程学科主任。兼任中国钢结构协会常务理事/冷弯型钢分会理事长、北京机械工程学会常务理事/压力加工分会主任等职务。曾获国家科委、冶金工业部"六、五"攻关重要贡献奖、国家科技进步二等奖、中国钢铁协会/中国金属学会科学技术一等奖、北京市科技进步三等奖等奖励。

助力"张衡一号"发射升空

2018年2月,我国第一颗观测地震电磁信息的卫星"张衡一号"成功发射。据报道,"张衡一号"可开展全球7级以上、我国6级以上地震电磁信息分析研究。而这些目标的实现,离不开装载在"张衡一号"上的重要执行机构——北京科技大学韩静涛团队研发的新型空间展开系统

2013年6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,经过艰难的科技攻关历程和近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大型空间展开系统(一维弹性伸杆机构)开始全面装备中国发射的航天器

空间展开系统承担着将卫星所携带的多个荷载送入卫星外太空的任务,它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最关键的环节。"空间展开系统装置相当于一个机械臂,它的前端固定有摄影机、天平动阻尼器等各种探测器。"韩静涛教授介绍说,"之所以需要这个机械臂,是因为探测器离星体远一些,可以避免星体内的电磁干扰以及探测器间的互相干扰。"

一维弹性伸杆机构装载在"张衡一号"上(图片源自于网络)

这一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,是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

如今,已有天宫四号等多颗航天器装备北京科技大学制造的此类展开系统,候时待发。韩静涛教授团队也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。

"超级机械臂"随嫦娥四号奔赴月球

2019年1月3日,经过20多天的漫长旅行,"嫦娥四号"探测器成功在月球背面着陆,探测月球背面十分不易,面临着无信号、低温(月球背面常年温度为零下90摄氏度)和电磁干扰三大难关。韩静涛教授研制出特殊材料"超级机械臂",陪伴嫦娥四号成功闯关,并传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。

此次嫦娥四号上使用的卷筒式弹性伸杆全部由韩静涛团队研制。卫星入轨后,伸杆机构将把端质量,如低频射电探测仪、月表中子与辐射剂量探测仪、月球小型光学成像探测仪和中性原子探测仪等伸向远离本体的外端,进行月球背面参量的探测。为嫦娥四号、嫦娥四号中继星以及地球之间的信号通讯提供有力的技术保障。

在伸杆机构中,卷筒式伸杆机构以其特有的优势,成为近年来伸杆机构的发展趋势。相对于之前的电机驱动机械式伸杆机构,其具有自驱动、重量轻、储能高,机构简单等一系列的优点,在卫星伸杆机构中得到越来越多的应用。卷筒式伸杆机构在国外已经有700多套经历在轨飞行,应用于美国和欧洲的航天器上,这些卷筒式伸杆机构均由美国公司提供。国外对我国进行弹性卷筒产品供货,售价为几十万美元一根。电磁监测实验卫星展开机构由中意合作的意方负责转为国产化后,美国公司禁止了弹性卷筒对中国的出口,一度使得型号任务进度停滞。

在国内空白、国外技术垄断并且无制备工艺等相关文献公开的背景下,韩静涛教授团队在2013年年中接到研制任务,通过和中国空间技术研究院的科学家们共同努力,2017年2月产品就完全定型。一般的军工项目从规划、设计、材料、工艺、制造、检测、上型号等,通常需要熬十多年,但他们团队仅仅用了不到4年就圆满地完成了任务

其实,不仅是在航空航天领域,韩静涛教授在国家重大技术装备、高速铁路技术、先进复合材料等多个领域内也是硕果累累——

· 1995年,提出金属材料内裂纹自修复理论,引起重大反响,并成为至今热度不退的国际材料学术领域研究热点

· 1996年,带领团队承担国家"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,创造性地提出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,为我国铁路提速列车、高速列车用车轮的开发和应用以及我国铁路七次大提速奠定了坚实的理论和工艺应用基础

· 带领团队参加"高质量不锈钢板材技术开发"项目,提出了20辊轧机板型控制理论与工艺技术,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。;

· 2004年,提出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,并与其他公司合作生产出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

· 2004年起,带领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;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;

· 2012年,提出"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;

· 开发1500~2100MPa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;

· 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;

· 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,经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;

· ……

多年的科研生涯,韩静涛教授带领的科研团队已经创造出了不可估量的价值。他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,续写着一个个北科制造的辉煌!

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