航天器的“肌肉”：機(jī)電作動(dòng)器

◎文 王天乙

航天器是人類探測(cè)太空的主要交通工具。1957年10月4日，蘇聯(lián)成功將世界上第一顆衛(wèi)星送入太空后，人類探測(cè)太空的腳步就從未停歇。第一艘載人飛船發(fā)射升空、航天員第一次太空行走……人類的每個(gè)“第一次”跨越都離不開(kāi)航天器的身影。運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)、軌道飛行器、空天飛機(jī)等組成了人類太空探測(cè)的交通圖譜。

如果將發(fā)動(dòng)機(jī)比作航天器的“心臟”，作動(dòng)器就是調(diào)整空中姿態(tài)的“肌肉”，是航天器飛行控制中至關(guān)重要的一環(huán)。在航天器結(jié)構(gòu)中，作動(dòng)器主要出現(xiàn)在產(chǎn)生部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，例如舵面、推力矢量機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、展開(kāi)機(jī)構(gòu)等，通過(guò)接收控制信號(hào)產(chǎn)生精確的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)或功能調(diào)整。

由于航天器對(duì)重量有嚴(yán)格要求，作動(dòng)器與普通飛機(jī)的液壓作動(dòng)系統(tǒng)區(qū)別明顯，前者多采用電能作為作動(dòng)器的能量輸入來(lái)源。其中，機(jī)電作動(dòng)器是最主要的驅(qū)動(dòng)形式，這種作動(dòng)器是一種依靠電機(jī)和機(jī)械減速環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有響應(yīng)速度快和能量來(lái)源便捷的優(yōu)勢(shì)。

縱覽世界各國(guó)航天器，不難發(fā)現(xiàn)機(jī)電作動(dòng)器的身影。例如，美國(guó)國(guó)家航空航天局為國(guó)際空間站航天員研制的X—38緊急逃逸返回式飛行器，其所有舵面均由機(jī)電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。此外，歐空局的“織女星”系列火箭、“阿里安”系列火箭，日本的H—2A火箭等，均采用了機(jī)電作動(dòng)器作為推力矢量重要執(zhí)行單元。

總之，機(jī)電作動(dòng)器已經(jīng)成為航天器的主要伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)源，并越來(lái)越多地出現(xiàn)在航空航天、船舶等領(lǐng)域。雖然，這種作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)存在疲勞失效、余度配置復(fù)雜的問(wèn)題，但在更優(yōu)驅(qū)動(dòng)方案成熟前，機(jī)電作動(dòng)器仍將繼續(xù)在航天器中扮演重要角色。

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(本文摘編自《中國(guó)航天報(bào)》飛天科普周刊，本欄目合作單位：

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