重庆
7月24日14时22分，搭载中国空间站问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭，在海南文昌航天发射场发射并取得圆满成功。上游新闻以《中国空间站问天实验舱发射成功！重庆大学八年攻关助力》为题，报道了重庆大学八年攻关研发“对构齿轮传动”助力问天实验舱发射的消息。“对构齿轮传动”有啥作用？研发灵感来自于哪里？比以往齿轮优越在哪方面？7月25日，上游新闻记者来到重庆大学，挖掘航天科研背后的故事。
助力问天实验舱24小时追踪太阳
据央视报道，随着更多的科学实验任务的开展，空间站载荷供电需求也成倍增加。问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼，单翼全展开状态下长达27米，面积可达138平方米。受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响，太阳翼的发电效率会因时段不同、姿态不同而产生相应变化。
为了让柔性太阳翼24小时不间断追踪太阳，保持最高状态的发电效率为空间站保障用电，问天实验舱首次采用太阳翼双自由度同时转动，确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。
这一技术的实现，也是因为问天实验舱使用了我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最大的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置。有了它的加持，空间站将实时捕捉每一道阳光，保证空间站源源不断的能量供给。
“对日定向装置里的对构齿轮传动，是由我们自主研发的。”重庆大学机械传动国家重点实验室陈兵奎教授介绍，这是一种新型齿轮传动，其突出的误差适应能力和较高的承载能力，能够满足太空极端高低温交替变化对阿尔法机构提出的超大空间尺寸形变、高可靠、长寿命等严苛要求。
陈兵奎教授介绍，“对构齿轮传动”系统中应用的齿轮，经过实验室试验论证，理论寿命可以达到25-30年，对于太空恶劣环境的耐受能力，也较传统齿轮更为优异。
研发灵感来自于“滚铁环”
“它的原理是我们受小时候滚铁环的启发提出的。”陈兵奎讲到，滚铁环直走的时候，铁环垂直于地面而拐弯的时候，铁环与地面倾斜，因此我们猜想曲线与曲面的接触会具有很好的误差适应性。
在把滚铁环上升到理论经过深入的研究后，提出了具有很好误差补偿能力的线面对构齿轮传动。“我们开展对构齿轮的研究最早开始于2003年，之后陆续形成了曲线-曲线、曲线-曲面的对构圆柱齿轮、对构锥齿轮等的理论体系。”陈兵奎介绍，问天实验舱采用的便是曲线与曲面的对构齿轮。到目前为止，已经获得欧洲以及德国、英国、法国等国际专利3项。
在研发攻关的近八年来，陈兵奎教授团队付出了巨大努力。在2020年5月至8月期间，为了按时交付对构齿轮正样产品，团队成员都夜以继日，没有休息时间，经常通宵工作。由于重庆没有高精度的检测设备，需要到成都进行协作检测，团队成员一边进行加工，一边接力去成都，早上去晚上回，奋战100天，终于完成产品交付。
据了解，在问天实验舱“对构齿轮传动”产品交付的同时，梦天实验舱使用的“对构齿轮传动”产品也同时交付。下一步，陈兵奎教授实验室团队还将发挥“对构齿轮传动”技术承重能力更强、更耐用、效率更高的优势，将其推广到汽车、机械制造等其他行业当中，让航天科研创造更大的社会价值。
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何为问天实验舱
问天实验舱是我国空间站的首个实验舱，主要任务是具备空间站组合体统一管理和控制能力，具备与核心舱进行交会对接、转位和停泊的能力；支持航天员在轨驻留，提供专用气闸舱和应急场所，保证航天员安全；支持开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验。
问天实验舱体型巨大、功能强大、结构复杂、指标先进，凝结着无数人的智慧与心血，在我国航天器研制历程中创下多个新纪录，是中国航天奋力实现高水平自立自强取得的又一重大成就。
随后，问天实验舱将与天和核心舱完成前向对接，完成“一”字构型。这将是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。
上游新闻记者 宋剑 摄影 刘力
本文来源：上游新闻
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