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科技101℃丨能够年产百颗卫星的“智能卫星工厂”来了!

新华社 徽标 新华社 2021/1/20 胡喆

  建一条卫星制造生产线需要多久?429天,这是中国制造给出的最新答案。

  近日,中国航天科工集团有限公司二院空间工程公司完成了我国首条批产卫星智能生产线的研制、生产及安装工作,正式转入现场试运行阶段。从单件小批量手工生产到高度自动化生产,生产一颗卫星总共分几步?随着商业航天及卫星互联网的蓬勃发展,又该如何更高效率、更低成本地批产卫星?

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  图为卫星太阳翼安装与性能测试工位。(航天科工集团二院空间工程公司提供)

  生产卫星,共分几步?

  作为飞向太空的航天器,卫星不同于其他产品,涉及工序多、工艺流程复杂。近年来,随着全球航天产业的快速发展,以低轨宽带卫星星座为代表的各类大规模星座项目百花齐放,商业航天产业迎来爆发式增长,“批量化、智能化”生产、制造卫星成为新方向。

  那么,卫星从原材料出库到整星检验合格入库,总共分几步?

  专家介绍,卫星从原材料出库到整星检验合格入库,需经历舱板级部装、卫星总装、整星电性能测试、通信载荷测试、机械精度测试、太阳翼安装与性能测试、质量特性测试、振动试验、真空热试验、检漏试验等十余道工序。

  这一切,如果关键工艺环节全部由机器来替代,生产效率就能提高40%以上。

  如何将以手工为主的传统卫星装配方式转化为流水线式的生产模式?设计师们首先要将传统装配过程中的每一道工序和工艺流程“吃透”,然后研究如何将某一道工序进行优化,再将优化后的工序串联起来,形成完整的工艺流程。

  从单件小批量手工生产到高度自动化生产,生产线实现了卫星生产从制造到“智造”的蜕变。在保证卫星装配测试过程满足技术要求的同时优化了工艺流程,最终确保了年产240颗以上小卫星的设计产能目标。

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  图为卫星质量特性测试设备。(航天科工集团二院空间工程公司提供)

  不仅高效,还能“私人定制”

  此次投入试运行的卫星生产线不仅能提高效率,还能实现“私人定制”。

  不同型号、不同规格卫星的构型、尺寸、重量均有不小差异,如何让“硬邦邦”的设备能更好适应卫星?设计团队借助精密运动机构,给设备装上“四肢”。工位尺寸的动态可调,不同尺寸、重量的零件柔性夹持和高精度装配也不在话下。

  针对一些工位存在自动感知能力欠缺、无法有效检测并避免装配过程中出现的零部件之间的碰撞等问题。设计人员提出了在机械手或末端执行机构增加力传感器,并在装配过程中借助相机对风险区域进行拍照的方法解决这一问题。

  这相当于给制造机器装上了“眼睛”和“神经”,可以避免安装过程中零部件与舱板发生挤压,还可通过图像比对提前发现碰撞风险。此外,相机作为工位的“眼睛”,还可解决装配精度不足等问题,相机的视觉补偿可以提高机器人装配的定位精度。

  生产过程中,设备会根据条码确定卫星类型和工艺要求,自主调用控制程序,数据分析及执行结果也会实时反馈至生产线管控终端,卫星生产过程实现了由人驱动向数据驱动的转变,让卫星的批量定制化生产的理想照进了现实。

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  图为在建中的银河航天南通卫星超级工厂。(银河航天提供)

  批产卫星,然后呢?

  2020年至2030年是卫星互联网发展的窗口期。卫星需求的增长必然带来生产模式和产业链的变化。在此背景下,卫星批量化生产是卫星互联网建设的关键,针对我国卫星产能相对不足的现状,卫星工厂模式是满足行业刚需的必然选择。

  在航天“国家队”不断发力的同时,以银河航天、九天微星为代表的一批卫星互联网企业也正蓄势待发。

  银河航天不断探索低成本卫星批产可行路径,持续构建卫星商业化供应链体系,已在西安建成年产30套的卫星载荷批产示范线;即将于2021年第一季度在上海建成年产30颗的卫星总装批产示范线;正在南通建设年产百颗卫星的智能制造工厂,计划2021年底投入使用,并计划后续向年产500颗产能迈进。

  然而,从长远看:如何避免卫星产能过剩及低水平重复建设?如何避免概念炒热以后的一拥而上?仍是我国商业航天领域亟待思考解决的难题。

  与世界一流水平相比,我国的航天事业仍存在管理和成本控制等方面的短板,如何更好激发创新活力,真正赶上世界一流,取得更多原创性突破,仍是摆在中国航天人面前不小的挑战。

  记者:胡喆

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