航天器公路运输环境包装箱研制

王冲，喻虎，侯京锋，刘永超，杨志鹏，李亚男

（1.北京强度环境研究所,北京 100076； 2.中国人民解放军63602部队，酒泉 732750）

引言

随着我国综合国力的增强，航天事业取得了巨大的进步，近年来，每年卫星、飞船等航天器发射次数屡创新高，高密度发射已经成为一种常态[1-3]。

针对航天发射高密度及应急航天发射需求增多现状，为满足航天器运输、快速响应的实际需求[4,5]，改善航天器公路运输环境，提高其运输效率，避免装卸过程的损伤，提出了一种用于卫星等航天器公路运输的环境包装箱，有效解决了当前航天器包装箱公路运输过程存在的环境恶劣、运输效率低及装卸不便等问题，满足后续航天器及时快速响应发射需求。

同时，相关减振、环境包装箱及监测技术可搭载在其他军民用精密设备运输车辆上，比如，相关减振技术运用在高精密测试仪器、野战医疗设备、弹药、导弹运输等军民用车辆，能够显著提高设备的完好性、可靠性和环境适用性，具有良好的市场前景。

1 组成及性能指标

1.1 系统组成

为了满足不同的运输车辆使用要求，采用标准化、模块化、集成化设计思路，环境包装箱利用成熟的公路运输集装箱进行改造设计，运输舱体采用主舱和动力舱两舱式总体布局，主舱采用上下开合式组合结构，其主要由运输舱体、减振平台及监测系统等组成，如图1所示。

图1 航天公路运输环境包装箱组成

减振平台固定安装在运输环境包装箱主舱内部，航天器固定安装在减振系统平台上；运输环境监测系统各类传感器分布在主舱内外，其控制器、采集设备等集成在控制柜内部，对运输环境包装箱主舱内外温度、湿度、加速度、车辆速度等环境参数以及减振系统运行状态参数进行监测。

1.2 运输舱体

运输舱体主体承载框架利用公路运输集装箱进行改造设计，采用主舱和动力舱两舱式总体布局，总体外形尺寸为6 058 mm×3 000 mm×2 700 mm（长×宽×高），其主要由主舱、动力舱、军用空调以及照明系统等附件组成，保证箱体内部温湿度达到性能要求，如图2所示。

图2 运输舱体组成

主舱采用上下开合式结构，集成化设计，采用集装箱连接方式，内部尺寸5 000 mm×2 750 mm×2 450 mm（长×宽×高）；舱体外部前端上方安装有军用空调，前端侧面和后端面分别开有箱门，控制柜布置在主舱内部前端中间位置。

动力舱采用箱式结构，布置有通风百叶窗和舱门，内部集成了发动机，为军用空调和控制柜等提供动力。

主舱和动力舱共用的安装底座内部布置有走线管，方便动力舱内的电源动力线缆和外部信号线缆直接进入主舱内。

1.3 减振平台

减振平台采用四点吊摆式减振结构，其减振座、承载平台、纵向及横向缓冲等组成，如图3所示。

图3 减振平台组成

该减振座采用油气减振器设计，为减少减振系统在运输工作过程中产生的不必要的偏转，将减振座组成与地板组成之间的结构设计为四杆机构组成的吊摆式结构。经过了减振座组成、纵向及横向缓冲后，降低了传递到航天器的振动能量，防止振动冲击对航天器产生损坏。

1.4 监测系统

监测系统由控制器、前端传感器和交互设备组成，如图4所示，其中，控制器与交互设备放置于运输包装箱内的独立控制柜中，前端传感器主要分布于包装箱内，部分分布于包装箱外，便于进行数据对比。控制器完成实时的数据采集与判读比对、数据的实时显示与后台存储，以及友好的人机交互。

传感器的供电由控制器完成，控制柜供电由发电机组实现。人机交互通过触摸屏实现，通过触摸屏可实现系统的启停、相关参数的设置、数据或曲线的实时显示；通过接入驾驶室内的报警显示屏实现异常情况的警示等。

监测系统的一个三向加速度分布于减振平台上，另一个三向加速度放置于箱体主舱底座上表面；一个温度、湿度传感器布置于减振系统安装支架上，用于监测主舱内部温湿度状况；另一个温度、湿度传感器布置于包装箱外，用于监测外部环境温湿度状况；刚度监测传感器处于主舱内前后部；车速测点布置于包装箱外，采用北斗导航的定位解算出当前车速。

2 性能检测

针对航天器公路运输包装箱的温湿度环境保持能力和减振性能在某地真实路段上进行测试（现场标准大气：93 100 Pa ；环境温度：27～30 ℃，湿度：9 %），测试以1 500 kg模拟负载情况开展。

2.1 测试准备

按照表1所述的性能指标要求，对航天器公路运输包装箱内部温、湿度和垂向冲击加速度等基本性能指标进行现场检测。

准备环境监测仪（温度量程：（-40～60）℃，精度：±1 ℃，湿度量程：0～100 %，精度：5 %（RH））4个，卷尺1个，加速度传感器（量程：50 g频响1～4 000 Hz）3个，数据采集器1个，万用表1台，其他附件及工具1套。

2.2 性能检测

2.2.1 温湿度检测

采用环境监测仪对设备进行温湿度全程采集记录，启动空调，开始试验，试验完毕，读取环境监测仪所测数据，完成设备温湿度测试。

选取运输环境包装箱内部前、中、后3个测试点（图5），并在选取位置放置环境监测仪（型号：BISEEPR-S；温度量程-40～60 ℃，湿度量程：0～100 %）。

图5 环境监测仪现场布置情况

在行驶速度不小于60 km/h（除驾驶操作失误和不可预知路况外）的时间段内，分别读取4个时刻的温湿度数据，若温度满足20±5 ℃，湿度满足35～55 %RH，则满足指标要求。实测结果见表2。

表2 模拟试验件测试温度、湿度统计表

2.2.2 垂直颠簸冲击检测

分别承载2种不同质量的模拟试验件进行测试，模拟试验件质量分别为100 kg和1 500 kg。采用数据采集器和加速度传感器全程记录减振前后的加速度值，启动设备开始试验，待试验结束，读取所测数据，完成垂直颠簸冲击加速度测试。

选取运输环境包装箱内部减振平台上模拟试验件附近和减振平台下的箱体底板处，分别固定安装加速度传感器（型号：B&W 14530；量程50 g，频响：1～4 000 Hz），如图6所示。

图6 加速度传感器现场布置情况

在行驶速度不小于60 km/h时间段内（除驾驶操作失误和垂直冲击大于2 g以上的情况外），选取5个加速度峰值点，若峰值点均不大于0.8 g，则满足指标要求。实测结果见表3。

表3 模拟试验件垂直颠簸冲击统计表

2.2.3 检测结果

根据对上述检测情况进行归纳与总结，航天器公路运输环境包装箱内部温度为19.9～28.8 ℃，湿度为36.6～45.4 %，垂直颠簸冲击加速度为0.43～0.72 g，3项基本性能指标均满足设备技术性能指标要求。

3 结论

航天器公路运输环境包装箱采用两舱式总体布局，及上下开合式舱体结构，箱内提供恒温、恒湿环境；采用可变刚度和阻尼的油气弹簧减振技术和四点吊杆摆式结构，减振效果稳定，有效降低垂向颠簸冲击响应。

经过检测，航天器公路运输环境包装箱内部温度、湿度及垂直颠簸冲击等3项基本性能指标均满足设备技术性能指标要求。