航天领域毫米级精密建筑“跳跃机”

在北京海淀区中科院北京新技术基地，有一个40米高的实验装置。主体结构由一万多根钢构件组成，从远处看像一座高塔。这就是国家科学仪器——“4秒电磁弹射微重力实验项目”，在航天领域被称为“跳跃机”。

8月25日，科技日报记者在现场了解到，“4秒电磁弹射微重力实验项目”主体钢结构工程已竣工验收，正在进行核心实验装置的安装。

“四秒电磁弹射微重力实验项目”是中科院空间应用工程与技术中心的重点科研项目，是亚洲第一个项目，世界第二个项目。该装置通过电机控制加速过程，以“2秒内弹射至40米高度，2秒后落回”的方式产生微重力和超重环境，最终实现微重力、月球重力、火星重力等模式的模拟。

“实验舱高速运转时轨道与电机连接板的平面度、平行度、垂直度、对向距离必须保持在精确状态。”中国建筑工程股份有限公司钢结构项目经理李长龙说，这个标准对钢结构安装精度要求极其严格，误差要控制在2mm以内，远远超过国家钢结构施工规范。

与普通钢结构工程有本质区别。“4秒电磁弹射微重力实验项目”的主体结构由16000组高强度螺栓拼接而成，“零焊接”和“全螺栓”方式使得常规的施工方法和工艺难以保证。

如何解决精度控制的问题？李长龙带领项目组坚持BIM(建筑信息模型)技术先行，搭建亚毫米(小于1mm)精度的可视化三维模型，模拟钢结构安装全过程，提前避免与其他专业的冲突和碰撞。

在整个安装过程中，除了充分利用专业测量设备，逐层测量、纠偏外，技术团队还特别制作了两种垫片，厚度分别为0.5毫米和1毫米。在连接每一个钢结构时，需要重新检查位置，以确保塔体连接紧密。

“整体钢结构安装完成后，我们在顶部拉出8根0.5毫米的钢丝绳，在尾部绑上一个铅坠，保证从上到下自然落下，根据结构和钢丝绳的位置做最后的校正。”李长龙说。

为了解决钢结构安装精度和变形控制的难题，技术团队采用了多点距离校准、三同心校准、铅垂点双控等技术。对精度进行测量和监控，成功将安装精度控制在2mm以内。

专家表示，该项目的建设经验将为后续国产千米坠入式装置关键技术验证项目提供重要的技术支撑和建设保障。

据了解，由于航天发射成本巨大，过去我国的空间实验柜通常采用国外的抛物线飞行器进行预先测试。“4秒电磁弹射微重力实验项目”的装置由于成本低、实验机会多、便于人为干预，成为在地面模拟宇宙环境的绝佳实验场所。项目建成后，将改写我国空间实验室机柜预先试验成本高、周期长的历史。