根据国家宇航员训练中心科研课题的统筹，北钢联于2016年承接了短臂离心机项目的研制任务。短臂离心机可旋转产生离心力用来创造重力环境，并辅以离心机内部的自行功率车及其他设备，使受测人员自主锻炼来提高肌体的对抗能力，减小太空环境对受测人员的影响，它一直被认为是解决人类深空探测生理问题的终极方案，可大幅度提高人类太空适居性、提升太空飞行医疗救护手段，对我国载人航天事业具有深远的战略性影响。北钢联全体研发人员在“创造无限可能”的公司愿景指导下，秉承了“团结、勤奋、务实、创新、追求卓越”的企业精神，在宇航员训练中心的配合下，稳扎稳打、坚实推进，成功研制出我国第一台具有多舱位、集成两种锻炼装置、能同时测量4工位生理信号的人工重力短臂离心机。
图1 离心机结构示意图
2016年，北钢联提出了2种创造离心力的初步方案并提交评审，经过双方沟通，最终确定了使用电机带动减速机的结构来实现离心机的转动。北钢联随即将方案进行细化，给出具体结构并评估设备驱动结构。经过载人机械、航天医学领域相关专家统一评审，详细设计方案顺利通过，采用变频减速电机与小齿轮连接驱动同一个回转支承，带动回转转盘和其上的龙骨式旋转臂作圆周运动来模拟重力，离心机转速和加速度的调节由变频器控制，可在上位机输入相关参数调整，各部位为模块化安装。其中，为了保证机械系统的转速稳定、控制精度以及可靠性，电机、减速器、变频器均选用世界顶级品牌，并且该体系经过了多轮参数优化，最终达到了理想的状态。同时，充分考虑到了受试人员的体重存在偏差的客观事实，离心机的回转传动采用的是高扭矩、高强度、并且有过大量类似工况应用案例的回转支承作为传动部件。
2017年初，在确定执行方案后，开始进行设备整体的加工制造。在加工制造过程中，北钢联自有的国内一流智能装备制造车间为精准把控项目质量、控制加工装配风险、如期交付设备提供了有力保障。
图2 行业专家共同讨论设备研制难点
认真论证需求，切实找准难点问题
短臂离心机是航天员训练中一种重要的地面设施，属于航天医学前沿技术。一台设备集成了机械、电气、医学、土建、测控等多专业学科，国内同类设备数量少，且基本都属于上一代或上两代产品。由于国外技术保密，国内外可公开查询的参考资料极为有限，攻关小组几乎是“零”基础起步，再加上研究经费紧张，开发难度极大。
面对手中仅有的《国家短臂离心机研制外协任务书》（以下简称任务书），及不到10页的公开资料，北钢联人并无丝毫畏惧，由航天项目研制经验丰富的高级工程师牵头成立技术攻关小组，攻关小组首先与公司知识管理部团队合作，深入搜集与挖掘公司的技术资料大数据库，在开展资料与文献研究的同时，广泛利用公司丰富的行业专家库资源，联系走访并邀请航天系统院专家开展技术研讨，着重对设备研制的难点进行攻关，对可能出现的风险进行前置与控制。攻关小组对照任务书中的要求，对一项项指标、一个个参数进行深入研究。针对每个指标的含义、目的和实现方式，反复和业主沟通探讨，在满足技术要求的同时，尽量考虑业主后期使用成本控制与维护方便，同时综合考虑设备的先进性、可靠性与功能性，并将北钢联国际一流的工业设计理念融入其中。
图3 短臂离心机3D效果图
经过数次评审，各方共确定以下6大重点、难点问题，即短臂离心机项目研制的6大子课题：
子课题1：可保证人体舒适和安全的定制化躺椅；
子课题2：腿部髋关节科里奥利力保护装置；
子课题3：人体足底和背部压力检测系统；
子课题4：可调阻尼远程控制蹬踏装置；
子课题5：短臂离心机控制系统；
子课题6：内外部工业设计；
目前针对这些难题，相关研究非常薄弱，尤其是针对载人航天领域的相关专项研究，国内基本处于空白状态。上述问题的复杂性主要在于其涉及学科技术的多样性与交叉性，主要涵盖：产品设计、结构设计、工业设计、医学检测装置设计、模块组合集成设计、基于网络系统的电气控制设计等多项交叉学科。北钢联充分利用公司自有的多学科、多领域高级工程师，以及北钢联在10年20余行业的研制经验，充分发挥学科交叉优势，集成有限元分析、软件开发、结构设计、特种设备等领域工程师进行攻关。
面对待攻克的6大子课题，北钢联研发团队是如何从论证到研制，进行集成攻关，最后成功交付设备呢？敬请期待：《国内首台4工位人工重力短臂离心机在北钢联研制成功——研制篇》。