item 楼梯平台系统助力空客公司探索木星之旅

2023年09月14日

空客公司(Airbus)不仅是世界领先的商用飞机制造商之一，旗下的空中客车集团防务与航天公司还在欧洲空间探测器制造方面发挥着至关重要的作用。除了地球探测和通信卫星，空中客车集团防务与航天公司也负责开发、制造和测试用于深空探测的各种探测器。在过去的几年里，空客公司一直在为欧洲航天局开发和制造 JUICE 空间探测器。2023 年 4 月 14 日，重约 6.2 吨的木星探测器搭乘阿丽亚娜 5 号运载火箭从法属圭亚那的库鲁航天中心发射升空。但是，在踏上“木星之旅”之前，JUICE 探测器必须在位于丹麦腓特烈港和法国图卢兹的空客卫星集成中心进行各项测试。为此，item 在楼梯平台系统的基础上，为空客公司设计了一种特殊的解决方案，该方案具有两大关键功能——为测试工作提供相应的平台并作为10 米长的磁强计吊杆(MAGBOOM)的测试底座。

木星之旅将致力于解决几个重要的科学问题

木星有三颗卫星——木卫三、木卫二和木卫四，它们能孕育生命吗?那里真的有外星生命存在吗?JUICE 此次的太空之旅将为我们解开这些问题的谜团。空客公司在深空探测方面拥有丰富的经验。作为 JUICE 的主要承包商，这家法国公司领导着一个由 60 多家欧洲企业组成的专业团队。来自不同地区的 150 多名员工参与了 JUICE 空间探测器的设计和建造工作。JUICE 的主要任务是对木星的三颗冰卫星进行调查，并对其冰壳下可能存在的液态水海洋进行探测。

空间探测器发射前的最后测试

综上所述，磁强计吊杆(MAGBOOM)是空间探测器的重要组成部分。它携带了五个磁敏测量仪器，总重量约 50 千克。磁强计吊杆由碳纤维、多种钛铝合金、青铜等非磁性材料制成，展开后长度为 10.6 米(可折叠)。借助这些功能，JUICE 空间探测器能轻松地进行各项测量工作。2021 年 8 月，JUICE 探测器进入了最后的组装和测试阶段。它被运至位于法国图卢兹的空客卫星集成中心。

我们需要一种特殊的底座结构，以便吊杆能顺利展开并进行测试。此外，这种结构在吊杆展开时要起到很好的支撑作用，确保吊杆不会损坏或弯曲。

最终的测试将在庞大的空间探测器和复杂的磁强计吊杆上同时进行。为了在极其敏感的磁强计吊杆上完成安装和测试工作，参与项目的空客公司员工需要一种特殊的结构。因为折叠式吊杆要设计得尽可能的轻，并且展开后的尺寸要适用于不受地球重力影响的环境。为此，他们需要一种特殊的底座结构，以便吊杆能顺利展开并进行测试。除此之外，这种结构在吊杆展开时要起到很好的支撑作用，确保吊杆不会损坏或弯曲。

特殊测试装置由 item 提供的4000 多个零部件组成

item 参与了空间探测器的测试工作，为欧洲的“木星之旅”贡献了一份力量。通过与空客公司的密切合作，item 采用楼梯平台系统的零部件专门定制了一种解决方案。item 提供的测试结构可以很好地支撑磁强计吊杆，也就是说，尽管磁强计吊杆很长，但仍可以伸展。这并不是空客公司第一次选择 item。“在此之前，我们曾与 item 合作制造过小型的测试装置，因此我们非常了解铝型材制成的模块化装配组件系统以及相应的配件。铝型材非常适合我们的项目，因为铝材料与我们的空间探测器具有很好的磁兼容性。它们之间几乎不会发生任何磁力作用。”空客公司的系统工程师 Simon Tröndle 说道。

基于 item 楼梯平台系统的整个设计只有一个目的——模拟无重力环境。

item 为空客公司提供了总共六个模块，可以创建一个长宽分别约 5700 毫米和 5330 毫米的工作平台。平台的护栏高度为 1300 毫米，可通过楼梯进入。“整个系统重约 2.8 吨，由 4000 多个单独的零部件组成。完成该系统需要满足各种要求，其中一些要求非常专业。”item 负责客户解决方案的 Christian Kirchdorffer 透露说。基于 item 楼梯平台系统的整个设计只有一个目的——模拟无重力环境。因为这是在尽可能真实的条件下测试磁强计吊杆展开情况的唯一方法。搭建的工作平台作为测试底座，可以为磁强力吊杆提供最佳支撑。

*测试底座的长度超过 10 米，磁强计吊杆可以安全地展开。

JUICE 木星冰卫星空间探测器——对 MAGBOOM 进行发射前最后测试的底座结构

特殊要求：不传递振动、防静电且符合洁净室标准

工作区必须与 MAGBOOM 的底座完全机械隔离，以便空客公司的员工可以在吊杆上进行测试，而不会传递平台上产生的任何振动和振荡。而且，使用的所有零部件都采用不锈钢材料，并符合洁净室标准。此外，卫星制造必须符合洁净室标准。由于吊杆的测试底座需要在洁净室中安装，因此铝型材的加工过程也要满足特殊的要求。在切割铝型材时，我们常使用润滑油来达到冷却的目的。这样铝型材的内部就会残留润滑油和油膜，从而污染环境。但是，item 在切割铝型材时使用异丙醇进行冷却，因为异丙醇易于蒸发，且不会留下任何残留物。这样切割出来的铝型材才能满足洁净室标准。

我们要进行相关分析，以验证底座是否符合结构要求。除了要符合洁净室标准和一定的结构要求外，静电安全也是必须满足的条件。

对于零部件来说，尽可能地减少自磁性也是至关重要的，因为这样可以防止底座结构影响敏感仪器的测量结果。“根据项目要求，许多紧固件必须采用不锈钢，因此我们将传统钢材料制成的 T 型槽螺母、蹄脚、角件和螺钉改成了不锈钢材料。”item 负责设计客户解决方案的 Joachim Pfeff 解释说。此外，我们还要满足各种结构要求，比如，平台的设计负载为 200 公斤/平方米。空客公司还特别规定，顶部的展开工作台(被戏称为“溜冰鞋”)必须能承受 100 公斤的静态负载。展开工作台要用起重机吊至中央平台上并进行对齐，因此它还要承受运输带来的各种压力。此外，结构表面的弹性变形不能超过 1 毫米，并需进行相关分析，以验证底座是否符合结构要求。除了要符合洁净室标准和一定的结构要求之外，静电安全也是必须满足的条件。

安全平台：有效防止意外事故和振动传递

在职业健康和安全方面，空客公司非常信任 item 公司数十年来积累的专业知识和丰富经验。测试底座的设计完全符合适用的职业健康和安全法规，以及事故保险和预防机构提出的各项要求。item 充分考虑各种安全因素，努力打造安全的工作环境，从而有针对性地预防坠落等意外事故的发生。此外，item 还进行全面的结构分析，并计算各个零部件的挠曲度。不过，最大的挑战还是设计一个不向吊杆和测量仪器传递振动的工作平台。为此，各个平台被设计成单独的模块。它们之间通过跨线结构连接，从而防止振动传递。展开工作台通过几个点固定在中央平台上，这样作用力就能分散到地面。

*避免振动传递到吊杆和测量仪器上，这是至关重要的。

为此，我们将平台设计成六个单独的模块。然后，我们将这些模块运至位于图卢兹的 Airbus Astrolabe 工厂进行现场组装。

JUICE 木星冰卫星空间探测器——不传递振动的六个独立模块运输方便且稳定可靠

六个模块分别是左侧、中央和右侧平台、跨线结构、楼梯和展开工作台，它们可以单独运输。每个平台可借助框架上的转向脚轮移动到需要的位置。而高度可调的防滑蹄脚则提供了必要的稳定性，也有助于平台的初始调节。中央平台共有三组可调蹄脚，能轻松调节高度。首先使用最底部的可调蹄脚进行大致调节。另一个具有类似高度可调蹄脚的平台则放在中央平台上。展开工作台有额外的可调蹄脚，可确保高度精准对齐。此外，这款设计巧妙的系统还能将展开平面调整到 0.05°以内。对于 MAGBOOM 的展开过程来说，这是至关重要的。

*中央平台共有三组可调蹄脚，能轻松调节高度，并确保高度精准对齐(精确到毫米)。

JUICE 木星冰卫星空间探测器——中央平台共有三组可调蹄脚，能轻松调节高度。

对物流和客户服务也非常满意

各个模块的结构和装配都有详细的记录。由于一开始并不确定模块运输是采用起重机还是叉车，因此需要针对这两种情况采取适当的措施。“我们可以在 item 现场检查和批准整个解决方案。然后，各个模块才被精心包装在特制的板条箱中运往法国。”Tröndle 说道。“除了设计，item 还负责物流工作。在整个项目过程中，item 为我们提供了有力支持。在推进项目时，我们一直与一位联系人接洽，他在维持双方合作关系的同时很好地适应了我们提出的航空航天理念。尽管这次的项目要求既严格又复杂，但我认为我们与 item 的合作是非常高效，并且是以解决方案为导向的。”他总结说。