□張磊

4月29日，長五B火箭發(fā)出一聲長嘯，在中國文昌航天發(fā)射場拔地而起，將天和核心艙準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道。

在此次任務(wù)中，中國航天科技集團(tuán)有限公司九院為天和核心艙及長征五號B運(yùn)載火箭共配套生產(chǎn)了近300項1000余臺/套單機(jī)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品性能可靠，質(zhì)量穩(wěn)定，為本次任務(wù)的圓滿成功發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

航天電子智能裝備護(hù)佑核心艙

天和核心艙上安裝著大量由航天科技集團(tuán)九院研制生產(chǎn)的重要單機(jī)及關(guān)鍵元器件，遍布核心艙數(shù)管分系統(tǒng)、GNC分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、測控通信分系統(tǒng)、總體電路分系統(tǒng)、環(huán)控生保分系統(tǒng)、航天員分系統(tǒng)、艙外服系統(tǒng)等。它們?nèi)缤粋€個忠誠的“衛(wèi)士”，守護(hù)著核心艙的穩(wěn)定運(yùn)行和航天員的生命安全。

環(huán)控生保系列設(shè)備：守護(hù)航天員的生命安全

核心艙在軌運(yùn)行期間，必須對艙內(nèi)的溫度、濕度、空氣壓力等進(jìn)行實時監(jiān)測，確保艙內(nèi)環(huán)境時刻安全穩(wěn)定。這就要依靠九院提供的多種環(huán)境測量設(shè)備發(fā)揮作用。

704所為環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)研制的智能設(shè)備主要用于測量艙內(nèi)空氣總壓、溫濕度、微重力環(huán)境。

其中，結(jié)構(gòu)泄漏監(jiān)測測量儀不僅能夠監(jiān)測艙內(nèi)氣體壓力是否正常，還能根據(jù)艙內(nèi)氣體壓力變化，判斷載人艙是否有氣體泄漏，為航天員提供預(yù)警提示，保護(hù)空間站平臺安全和航天員生命安全。而微重力測量儀和微重力傳感器則用于監(jiān)測艙內(nèi)的微重力環(huán)境，為微重力流體物理與燃燒科學(xué)、微重力基礎(chǔ)物理等科學(xué)實驗提供重要數(shù)據(jù)支撐。

704所項目研制團(tuán)隊經(jīng)過近10年的攻關(guān)，突破了空間高可靠諧振式壓力測量、高精度微重力測量、空間環(huán)境測量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等關(guān)鍵技術(shù)，為實現(xiàn)航天器智能感知、自主飛行進(jìn)行了有益探索。

771所為環(huán)控生保系統(tǒng)研制的中心計算機(jī)，是該系統(tǒng)的核心設(shè)備。它的主要作用是時刻接收、執(zhí)行并分配系統(tǒng)任務(wù)，同時收集、傳遞艙內(nèi)環(huán)境工程數(shù)據(jù)，可以說是系統(tǒng)中的“大腦”。

與此同時，771所還為環(huán)控系統(tǒng)配備了出艙控制器、飲水供應(yīng)控制器、手控控制器、坐便器內(nèi)部控制器和大小便收集控制器等多個重要器件。

環(huán)控生保分系統(tǒng)中，693廠為電解制氧裝置子系統(tǒng)生產(chǎn)的電纜網(wǎng)產(chǎn)品，肩負(fù)著傳達(dá)艙內(nèi)環(huán)境控制指令的重要使命。各項指令通過電纜網(wǎng)進(jìn)行傳輸，確保電解制氧裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)，各項指令精準(zhǔn)、高效傳達(dá)，為“天和”核心艙內(nèi)供應(yīng)氧氣、去除二氧化碳，使航天員在太空生活得到保障。

不僅如此，693廠為微量氣體檢測裝置子系統(tǒng)、微量有害氣體去除子系統(tǒng)、水處理子系統(tǒng)提供的電纜網(wǎng)產(chǎn)品，如同鋪設(shè)的一條條“高速公路”，確保核心艙各項生活設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足航天員在空間站的正常生理活動。

常規(guī)醫(yī)監(jiān)設(shè)備：航天員的貼心“小護(hù)士”

在太空中，航天員的身體健康狀況極為重要。在天和核心艙上，安裝了很多監(jiān)測航天員身體狀況的醫(yī)學(xué)監(jiān)測設(shè)備。這些常規(guī)醫(yī)監(jiān)設(shè)備由771所負(fù)責(zé)研制生產(chǎn)的，可為航天員在長期飛行中的生理健康狀態(tài)和功能提供全面有效的醫(yī)學(xué)監(jiān)督和保障。

例如，無線生理信號檢測裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測航天員的心電、呼吸、體溫；睡眠監(jiān)護(hù)儀通過采集航天員睡眠時產(chǎn)生的生理信號，為航天員睡眠質(zhì)量做定期評價提供數(shù)據(jù)；此外還有采集航天員常規(guī)心電、運(yùn)動心電等多種狀態(tài)的動態(tài)心電監(jiān)測儀；監(jiān)測航天員各項血液動力學(xué)參數(shù)的無創(chuàng)血液動力學(xué)監(jiān)護(hù)儀等。

數(shù)據(jù)處理設(shè)備：核心艙的“數(shù)據(jù)管家”

安裝在數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)中的核心處理單元、數(shù)據(jù)復(fù)接器和低速遙測編碼單元，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理的重要任務(wù)，就像是核心艙上的“數(shù)據(jù)管家”。771所的研制團(tuán)隊親切地把它們稱為核心艙的“數(shù)管三兄弟”。

在核心艙執(zhí)行任務(wù)時，核心處理單元負(fù)責(zé)源源不斷地將整船狀態(tài)、指令和請求、地面站的遙控命令，以及關(guān)鍵事件等其他內(nèi)容信息收入囊中，經(jīng)過有序地分類、識別、處理和重組，一邊向?qū)?yīng)單機(jī)發(fā)布命令、接收結(jié)果，另一邊繼續(xù)源源不斷地將一包包豐富的數(shù)據(jù)送回地面站，時刻向地面?zhèn)魉陀钪娴膴W秘，匯報著核心艙和航天員們的工作狀態(tài)。

而704所為數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)研制的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，負(fù)責(zé)存儲空間站內(nèi)各種運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)、健康管理數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。它可以隨時為航天員和地面測控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)檢索服務(wù)。

比如航天員需要對設(shè)備進(jìn)行維修時，可以通過服務(wù)器查詢需要被維修設(shè)備歷史上的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，為航天員提供維護(hù)數(shù)據(jù)和維修策略。

該設(shè)備首次實現(xiàn)了在軌數(shù)據(jù)備份功能，也是國內(nèi)首類多功能數(shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備。

團(tuán)隊成員按照地面數(shù)據(jù)中心的思想進(jìn)行設(shè)計，讓多臺設(shè)備間定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器一旦遇到故障，在切換主備機(jī)時，就可以保證數(shù)據(jù)不丟失，有效保護(hù)了核心艙的數(shù)據(jù)安全。

在研制過程中，704所的項目團(tuán)隊攻克了多個關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了針對各類數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的能力，極大提高了設(shè)備在軌運(yùn)行的可靠性，有力保證了長壽命運(yùn)行的要求。

高可靠SPARC處理器：核心艙上的“芯大腦”

772所自主設(shè)計的高可靠SPARC處理器 BM3803作為星載計算機(jī)的“大腦”，為核心艙提供了穩(wěn)定可靠的控制能力，為載荷任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、核心處理、熱控管理、姿軌控制、數(shù)管綜合管理等多個分系統(tǒng)提供了高可靠、高性能任務(wù)管理和控制。

同時，該所還為核心艙的環(huán)控生保系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等10多個分系統(tǒng)配套了處理器、FPGA、AD/DA、1553B總線、大容量SRAM存儲器、專用ASIC集成電路等32款7100余只集成電路，為空間站核心器件國產(chǎn)化提供全方位支撐。

頻率綜合器：整艙標(biāo)準(zhǔn)信號的“心臟源”

頻率綜合器屬核心艙測控分系統(tǒng)，主要是為核心艙內(nèi)遙測設(shè)備、數(shù)管分系統(tǒng)、圖像編碼器等多種電子設(shè)備提供多種頻率、多種波形的高穩(wěn)定度時鐘及頻率基準(zhǔn)信號。

由于需要頻率綜合器信號的設(shè)備眾多，因此，頻率綜合器無疑就是整艙時間標(biāo)準(zhǔn)信號的“心臟源”及“基準(zhǔn)源”，只有心臟正常跳動才能保證其他設(shè)備有效運(yùn)作。

539廠為“天和”研制的頻率綜合器設(shè)計工作壽命為十余年，將首次面臨在軌長期工作的考驗。

為確保長壽命工作，研制人員對關(guān)鍵器件進(jìn)行了專項可靠性提升，有效確保了產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計時，研制團(tuán)隊還考慮到了在軌可維修的手段，通過多輪次的評估，實現(xiàn)了可以讓航天員在軌進(jìn)行整機(jī)更換維修，最大可能地保證產(chǎn)品在空間站長時間有效使用。

推進(jìn)類產(chǎn)品：讓飛行更可靠

在核心艙密封艙內(nèi)，有一個重要設(shè)備，它管理著推進(jìn)分系統(tǒng)的溫度、壓力、燃料儲量和工作狀態(tài)，同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)并注入指令。

同時，它還能夠根據(jù)推進(jìn)遙測線路盒與數(shù)管發(fā)送的溫度參數(shù)，對系統(tǒng)相關(guān)管路、機(jī)組加熱器進(jìn)行控制，確保系統(tǒng)各個模塊處于安全溫度點(diǎn)，并對推進(jìn)與補(bǔ)加系統(tǒng)故障進(jìn)行自主診斷，按照處理策略對故障進(jìn)行處置。這就是539廠提供的推進(jìn)管理器。

不僅如此，為了讓天和核心艙在宇宙中的飛行更加安 全 可靠，539廠還為核 心艙 推進(jìn)分系統(tǒng)研 制配 套了推進(jìn)遙測線路盒、電機(jī)驅(qū)動器、電推進(jìn)子系統(tǒng)控制器等多個推進(jìn)類產(chǎn)品。它們?nèi)缤粋€個“衛(wèi)士”，時刻守護(hù)著推進(jìn)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

慣性測量裝備：讓核心艙的飛行姿態(tài)更穩(wěn)健

慣性測量設(shè)備的主要作用是測量艙體的慣性姿態(tài)角速度和線加速度，為“天和”在軌穩(wěn)定運(yùn)行和實現(xiàn)精確交會對接提供重要參考信息。作為工程的參與者，13所為空間 站GNC分 系統(tǒng) 研制生產(chǎn)的慣性測量設(shè) 備光 纖IMU 是 經(jīng)過百余位研制、生產(chǎn)人員精益求精，數(shù)年持續(xù)攻關(guān)而打造出的精品。

13所還為天和核心艙提供了兩型石英撓性加速度計，分別用于天和核心艙艙內(nèi)微振動環(huán)境的實時監(jiān)測以及“天和”太陽翼微振動實時監(jiān)測。

這兩型石英加速度計具有啟動快、精度高、可靠性高、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應(yīng)性好、測量動態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足國內(nèi)宇航領(lǐng)域?qū)π乱淮呔?、高可靠性、高穩(wěn)定性慣性儀表的需求，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)水平屬國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)，是完成天和核心艙長時間在軌飛行需求而研制的核心加速度計傳感器。

此外，16所（7171廠）研制的二浮陀螺儀是空間站控制分系統(tǒng)最為重要的單機(jī)之一，直接影響控制系統(tǒng)的姿態(tài)控制精度。773所還為“天和”配套了艙外作業(yè)用矩形電連接器、艙外射頻連接器、艙外光纖連接器、大功率直流接觸器等多款重要產(chǎn)品。

讓長五 B 火箭既安全又“智慧”

在長五B火箭上，九院為火箭研制生產(chǎn)的多款智能產(chǎn)品遍布火箭全身，讓火箭既安全又“智慧”，助力火箭順利將核心艙送至預(yù)定軌道。

箭載計算機(jī)：火箭精確入軌的“大腦”

箭載計算機(jī)是火箭的“大腦”，是火箭控制系統(tǒng)的核心設(shè)備。為了讓長五B火箭的反應(yīng)更快更敏捷，771所研制團(tuán)隊在傳統(tǒng)三模冗余設(shè)計的基礎(chǔ)上自主開發(fā)了控制周期同 步技術(shù)，同步精度達(dá)到納秒級，確保精 確 輸出控制指令。其內(nèi)部還設(shè)計了特有的“聽診器”，能夠自動“聽診”飛行控制軟件運(yùn)行過程中的各類重要參數(shù)。這套“聽診”技能稱之為總線監(jiān)控技術(shù)，可及時、有效地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患和問題，為系統(tǒng)的故障定位提供判定依據(jù)。

為讓“胖五B”健康上天，在地面，771所還為火箭專門打造了一位“門診專家”，這就是地面計算機(jī)。它負(fù)責(zé)在發(fā)射前對火箭進(jìn)行各種 嚴(yán) 格“體檢”，時刻了解 火 箭 的“身 體 狀況”；同時它還具有地面指揮中心與箭上設(shè)備之間的“信息中轉(zhuǎn)站”的作用，及時接收箭上的狀態(tài)信息，確認(rèn)火箭發(fā)射前的狀態(tài)是否正常。

激光慣組與光纖慣組：火箭的明亮“眼睛”

要想實時感知火箭的飛行姿態(tài)、飛行速度等信息，同時控制箭體的運(yùn)行軌跡，就要依靠激光慣組。它是整個火箭的明亮“眼睛”，確?；鸺冀K沿著準(zhǔn)確的路線飛行。

激光慣組是長五系列運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的重要單機(jī)，每發(fā)火箭都使用激光慣組作為主份慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。13所研制團(tuán)隊創(chuàng)新提出了集成一體化慣性本體設(shè)計方案，不僅極大提高了產(chǎn)品的高可靠性，還使激光慣組具有了小型化、高可靠、高精度、長壽命、測量范圍廣等多種優(yōu)勢。

而13所的光纖慣組則用于提供火箭沿慣性坐標(biāo)系3個方向的視加速度和角速度信息，供箭載計算機(jī)建立數(shù)學(xué)平臺，進(jìn)行姿態(tài)計算和導(dǎo)航制導(dǎo)計算。該產(chǎn)品已隨“胖五”經(jīng)歷了多次飛行任務(wù)，獲得了上級和用戶單位的好評。

772所自主研制的高性能FPGA，負(fù)責(zé)助力慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)控制，確保長五火箭的飛行速度和軌跡可控，是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的“聯(lián)絡(luò)員”。該所自主研制的AD/DA轉(zhuǎn)換器是慣組中的核心器件，充當(dāng)模擬和數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的“樞紐”。

遙測高速數(shù)據(jù)傳輸：為火箭打造信息“高速路”

“雙點(diǎn)頻高碼率調(diào)頻遙測技術(shù)”是長五系列運(yùn)載火箭的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)之一，704所通過基礎(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新，突破了遙測高速數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。

長五系列運(yùn)載火箭遙測采用的信號體制雖然具有很強(qiáng)的抗火焰、抗極化、抗多徑衰落、抗相位干擾能力。但長期以來，該遙測體制存在解調(diào)門限效應(yīng)，在弱信號時難以正常解調(diào)，成為遙測體制性能提升的瓶頸。704所的攻關(guān)團(tuán)隊通過應(yīng)用“雙點(diǎn)頻高碼率調(diào)頻遙測技術(shù)”，成功解決了困擾遙測領(lǐng)域數(shù)十年的解調(diào)門限效應(yīng)問題，大幅提升整個遙測系統(tǒng)的性能。

長五B火箭飛天后，無論飛多高，飛多遠(yuǎn)，在中國文昌航天發(fā)射場，704所為火箭配置的遙測地面接收系統(tǒng)，都能對火箭飛行進(jìn)行遙測跟蹤，始終守護(hù)著火箭的一舉一動。

同樣發(fā)揮作用的還有289廠配套研制的數(shù)據(jù)采編器。它負(fù)責(zé)在運(yùn)載火箭助推段采集箭上多種數(shù)據(jù)，并保障與地面指揮中心信息傳輸互通，是火箭升往太空路上的“晴雨表”。

傳感器、變換器：遍布火箭全身的敏感“神經(jīng)”

傳感器、變換器遍布火箭全身，它們就像是火箭身上的敏感“神經(jīng)”，清晰準(zhǔn)確地監(jiān)視和記錄著箭上各個系統(tǒng)和部位的參數(shù)狀態(tài)，對監(jiān)測火箭飛行狀態(tài)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

特別是長五B火箭采用了新型的液氧煤油發(fā)動機(jī)和液氫液氧發(fā)動機(jī)。因此，火箭存在大量的低溫條件液位和溫度測量需求，以及高溫增壓環(huán)境測量需求。為此，704所專門研制生產(chǎn)了浸入式超低溫薄膜壓力傳感器，它負(fù)責(zé)直接測量火箭發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑輸送管的壓力，準(zhǔn)確監(jiān)測飛行過程中動力系統(tǒng)的狀態(tài)。因為液氫/液氧環(huán)境溫度極低，對測試產(chǎn)品提出了極高的挑戰(zhàn)，目前國內(nèi)僅有704所能夠研制滿足該超低溫環(huán)境的壓力傳感器產(chǎn)品。

衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備：火箭的精準(zhǔn)“千里眼”

精準(zhǔn)可靠的衛(wèi)星導(dǎo)航是確保火箭精確入軌的關(guān)鍵。

衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)，它通過接收北斗衛(wèi)星信號完成高動態(tài)條件下的跟蹤鎖定，并與慣性測量構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，扮演著為火箭導(dǎo)航的重要角色，是火箭入軌精度的重要保證。而衛(wèi)星定位接收機(jī)用于遙測系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)在火箭飛行中進(jìn)行實時定位報軌，是監(jiān)測系統(tǒng)的“千里眼”。

為確?；鸺谛D(zhuǎn)及復(fù)雜姿態(tài)變化的條件下實現(xiàn)不間斷定位，704所的研制團(tuán)隊對這兩套產(chǎn)品均采用了四分集收星方案，極大地提高了定位精度和可靠性，有力保證了火箭高精度入軌。

其實，在本次任務(wù)中，九院還有多家單位參與研制配套任務(wù)，例如539廠為火箭測量分系統(tǒng)配套的天饋產(chǎn)品；825廠提供了艙—箭分離機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)級信號傳輸網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵部件以及1553B總線網(wǎng)絡(luò)；165廠提供的電磁繼電器、固體繼電器、延時繼電器和連接器等產(chǎn)品；200廠提供的電線電纜；7107廠提供的微波開關(guān)等。這些產(chǎn)品均為任務(wù)的圓滿成功發(fā)揮了重要作用。

本版圖片由九院和記者宿東提供