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航天科技九院参与空间站问天实验舱任务纪实
 
 
 

7月24日,长征五号B运载火箭将问天实验舱顺利送入太空,任务取得圆满成功。

在此次任务中,航天科技集团九院为问天实验舱及长征五号B运载火箭配套生产了大量高质量、高可靠的智能产品,助力“问天”开启新征程。

四大系列 确保“问天”智能可靠

计算机与微电子产品:打造高效“信息中枢”

作为我国航天微电子和计算机的先驱者和主力军,九院在计算机与微电子专业领域不断自主创新,产生了多个重要成果。在问天实验舱上,大量由九院研制生产的计算机和微电子产品一同构成了高效的“信息中枢”,让“问天”实现智能可靠。

安装在数据管理分系统中的核心处理单元、数据复接器和低速遥测编码单元,是771所精心打造的“数管三兄弟”,它们相当于整舱的“信息中枢”,是整舱的核心组件,负责整舱的信息接收、处理、分发和下传的重要任务。在轨工作时,它们源源不断地收入实验舱的实时状态、系统指令,以及来自地面站的遥控指令,经过有序地识别、分类、处理和重组,向对应单机发起指令,接收各单机的任务应答结果。它们还承担向地面站下传信息的重要任务,对于重要的工程数据,由低速遥测编码单元进行加密,再与其他数据一同经数据复接器转换成高速数据流传回地面站,时刻向地面报告实验舱的状态。

771所研制的中心计算机,则是环控与生保分系统的“信息中枢”。它负责时刻接收、执行并分配系统任务,同时收集、传递舱内环境数据。771所还为该系统配备了出舱控制器、坐便器内部控制器和大小便收集控制器、热风加热和微波加热装置以及饮水分配器等多个重要器件,以及213个品种的电路产品,对保证工程的安全可靠发挥着重要作用。

704所研制的数据存储服务器是数据管理系统的关键设备之一,也是国内首类多功能数据服务设备。在研制过程中,704所攻克多项关键技术,实现了针对多类数据应用服务的能力。实验舱内各种设备运行的关键参数、健康管理数据、监控数据等均存储在服务器内,可以随时为航天员和地面测控系统提供数据检索服务。同时,存储服务器会定期进行数据备份,保证设备长时间运行而数据不丢失,这也是空间数据存储服务类设备首次实现在轨数据备份功能。

772所为问天实验舱配套了明星产品——高可靠处理器BM3803,具备抗辐射、高能效、灵活控制的特点,可保障空间站复杂应用任务的各类在轨试验顺利开展,为建设新一代空间应用运行管理控制平台提供重要支撑。在问天实验舱的GNC控制系统、姿轨控系统、热控系统、舱外暴露试验系统、机械臂等10多个分系统中,772所配套了51个品种、6500余只航天芯产品。这些多品种、谱系化的宇航用集成电路,也将引领国内宇航集成电路迈向新台阶。

惯性导航产品:助力精准对接

九院是国内最重要的惯性技术及产品研制基地,在航天事业的发展建设中发挥着不可替代的重要作用。惯性设备主要用于测量航天器的姿态和速度等关键信息,是航天飞行器的定位导航“神器”。

13所两光公司为问天实验舱GNC分系统研制的光纤惯性测量组合主要用于测量舱体的角速率和加速度,实现舱体在高速运行中的精准测量,助力“问天”与“天和”实现精准对接。这是该所百余位研制人员多年持续创新攻关、精益求精打造出的精品。

16所(7171厂)研制的二浮陀螺仪是问天实验舱惯性姿态敏感单元的核心,为控制系统提供实验舱的空间姿态和角速率等重要信息。根据空间站任务可靠性高、寿命长、精度高等特点,16所(7171厂)研制团队开展了多项技术攻关,有效提升了二浮陀螺的可靠性。

环境测量产品:保障航天员生命安全

问天实验舱在轨运行期间,必须对舱内温度、湿度、空气压力等进行实时监测,确保舱内环境时刻安全稳定,以确保航天员生命安全,这就需要704所提供的环境测量设备。该设备用于测量舱内总压、温湿度、微重力环境,为舱内环境监测和在轨科学实验提供重要数据支撑。704所项目研制团队经过近10年的攻关,突破了空间高可靠谐振式压力测量、高精度微重力测量等多项关键技术,为实现航天器智能感知进行了有益探索。

智能产品“大家族”:确保稳定运行

在问天实验舱上,还安装着九院多家单位的产品,它们都是九院智能产品“大家族”的成员,共同确保“问天”稳定运行。例如,539厂为实验舱测控分系统配套了频率综合器,保证舱内多种电子设备节奏协调、有效运转;还为总体电路分系统配套了火工控制装置、为推进分系统配套了推进管理器、为电源分系统配套了对日定向子系统舱外控温仪、为搭载系统配套了主控模块和发控单元,以及SMA压紧释放装置和大行程阻尼器和舱门压点开关等。

825厂提供的总线开关用于空间站工程总线电缆网,它是控制总线对接的关键部件,可有效实现3个舱体之间主总线的连通。693厂研制生产的电连接器产品遍布实验舱周身,各设备之间通过电连接器插头与插座之间相互连接,发挥着信号来往的枢纽作用。7107厂为问天实验舱配套了BJ260波导开关和Ku频段同轴小功率S开关。这些产品共同发挥着重要作用,为问天实验舱的稳定运行保驾护航。

五类产品 确保“长五B”精准入轨

在长征五号B运载火箭上,九院研制生产的众多高可靠智能产品遍布火箭全身,提供了不同功能的五大类产品,充分展示了“九院智造”的强大实力,为火箭成功发射、精确入轨提供重要保障。

三冗余箭载飞行控制计算机:让火箭反应更敏捷

箭载计算机堪比火箭“大脑”。为确保长征五号B运载火箭稳定飞行、精确入轨,771所研制团队自主开发了多项关键技术。其中,控制周期同步技术,实现纳秒级同步精度,保证精确输出控制指令;1553B总线三中取二切换技术,实现三冗余控制,确保火箭内部信息传输通畅;总线“侦听”和箭地高速串行通信技术,让箭载计算机内部有了特有的“听诊器”,能够自动“诊断”飞行控制软件运行过程中的各类重要参数,为发射前测试和发射决策提供主要数据支撑。

200厂负责生产的综合控制器产品是箭载计算机的“搭档”,在火箭飞行过程中向控制系统各种电气设备发送分离、点火等关键指令信号。多年来,该厂坚持精益求精抓生产,在历次火箭发射任务中质量可靠、性能稳定,受到一致好评,确保了任务圆满成功。

惯性导航与卫星导航:为火箭精确入轨引路指航

惯性导航和卫星导航是火箭实现精确入轨的重要保障。长征五号B运载火箭使用了13所两光公司研制的激光陀螺惯性测量组合和光纤陀螺惯性测量组合。作为火箭控制系统的重要单机,该组合就像是火箭明亮的“眼睛”,通过实时感知火箭的飞行姿态和位置信息,帮助控制箭体的运行轨迹,确保火箭始终沿着准确的轨道飞行,将载荷精确送入预定轨道。13所研制团队创新性地提出了集成一体化惯性本体设计方案,不仅大大提高了产品的可靠性,还使激光惯组具有了小型化、高可靠、长寿命、测量范围广等多种优势。

704所的卫星导航设备同样为火箭精确入轨发挥着重要作用。该所承担了长征五号B运载火箭控制系统、测量系统中卫星导航设备的研制任务,涉及产品类型多、精度及可靠性要求高。

应用于控制系统的卫星导航接收机,通过接收北斗卫星信号完成高动态条件下的跟踪锁定,与惯性测量构成组合导航系统用于制导控制,相当于火箭的“方向盘”,保证火箭入轨精度;为遥测系统配套的卫星定位接收机则主要用于火箭飞行中的实时定位报轨,是监测系统的“千里眼”,负责轨道测量任务。2套产品均采用四分集收星方案,确保在火箭旋转及复杂姿态变化的条件下不间断定位,极大地提高了定位可靠性和稳定性,为火箭高精度入轨提供了有力保障。

测控通信产品:架起天地通信桥梁

作为测控通信专业国家队,九院在多年自主创新的发展历程中,将测控手段从陆海基测控发展到天地一体化测控,取得了众多创新成果。

高码率调频遥测技术就是其中的关键创新技术之一,704所突破了多符号监测、高速数据传输等多项关键技术。该所攻关团队通过应用高码率调频遥测技术,成功解决了困扰遥测领域解调门限效应问题,大幅提升系统性能。同时,该所还在发射场配置了火箭遥测地面接收系统。在火箭发射任务前,该系统为火箭自身和箭上测控设备工况进行诊断测试,提供信号接收、数据判读依据,是判断火箭能否具备发射条件的关键指标,它就像一位忠实的守护者,无论火箭飞多高、飞多远,都能对其遥测跟踪、保驾护航。

此外,539厂还为火箭配套了一、二级遥测天线、脉冲应答机天线、GPS接收机天线、安全指令接收机天线、功分器、功率合成器及高频电缆等产品。289厂配套研制了高集成性、高可靠性的数据采编器,对火箭的遥测通信发挥着至关重要的作用。

在本次任务中,九院不仅提供了大量的测控产品,还为航天测控通信网提供了大量系统及分系统,这些技术和产品共同为天地通信,架起了顺畅“桥梁”。

传感器和变换器:让火箭全身更敏锐

传感器和变换器,俗称“两器”,遍布火箭全身。它们就像火箭身上的敏锐“神经”,清晰准确地监视和记录着箭上各个系统和部位各种参数的状态,其测量结果用于动力系统射前监测、发动机启动条件判据、控制系统关机、飞行过程中箭上工作状况评估等,肩负着长征五号B运载火箭发射前监测及飞行过程中控制和环境参数的测量任务。

作为两器产品的主力配套单位,704所为长五B火箭配套两器产品近千台,涉及火箭液位、压力、流量、位移、温度、热流、振动、过载、噪声等各类参数。长征五号B运载火箭最大的特点是采用了新型的液氧煤油发动机和液氢液氧发动机,存在大量的低温液位和高温增压温度及环境测量需求。在704所提供的两器产品中,近半数是专为满足该型火箭的特殊需求而设计,尤其是其中的液位、温度、压力、流量类产品。在产品研制过程中,704所集中力量进行了一系列的技术攻关和验证试验,有效满足了需求,确保了火箭的可靠性。

此外,165厂还为火箭配套了电磁继电器、电连接器、特种开关等几十个品种产品,主要用于火箭的点火控制系统和航天器的发电设备,完成信号传递、执行控制、系统配电等功能。多年来,该厂持续开展继电器研究攻关,不断提升高等级宇航继电器领域的技术储备和能力,持续提高产品寿命、体积、重量、可靠性等技术指标,更好地满足了我国航天型号工程配套需要。

在本次任务中,九院多家单位还为问天实验舱和长征五号B运载火箭配套生产了大量高可靠、国产化的电子元器件,为保证任务的圆满成功发挥了重要作用。

浩瀚宇宙奥妙无穷,航天探索永无止境。九院干部职工将大力弘扬航天精神,踔厉奋发、笃行不怠,奋力夺取空间站建造任务的全面胜利,以实际行动迎接党的二十大胜利召开。(久轩)


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