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人民网天宫一号全景报道

航天电子亮剑太空

2011年09月30日09:38    来源:人民网-科技频道     手机看新闻分享到

  有人曾把电子技术发展的相对滞后称为中国航天的“软肋”,发达国家亦在此领域对我国层层封锁,限制出口先进的技术和产品,希望藉此维护其在太空中的霸权。

  要让电子技术成为中国航天发展最强劲的推动力,中国航天人立下誓言,并用响当当的成绩一步步使其变为现实,迎来这航天电子亮剑太空的美妙一刻。

  在此次载人航天工程首次交会对接任务中,中国航天科技集团公司九院共提供各类产品600余台(套),涉及惯性导航、计算机与微电子、遥测遥控、基础元器件多个领域。不仅如此,把创新放在第一位的航天人在多个领域大胆开拓,多项技术得到首次应用,多项产品更加成熟可靠,为飞行试验的成功立下汗马功劳。  光纤陀螺:开创空间站应用的先河

  在地球上空近地点200公里、远地点350公里的椭圆形轨道上运行的天宫一号目标飞行器是我国未来空间站的雏形,作为空间飞行器的它同样需要一双“眼睛”,精确地感知自身的微小动作,从而更好地确保飞行姿态精确控制以及与飞船交会对接。但是,与改进型长二号F改火箭和神舟八号飞船不同的是,它采用了13所时代光电公司设计生产的光纤陀螺作为它的“眼睛”,引领它的浪漫太空之旅。

  已知的公开资料显示,让光纤惯导陀螺担纲空间站姿态控制的重任,这在世界范围内尚属首次,也就是说,13所的光纤陀螺是世界范围内第一个在空间站作为主份应用的光纤惯性器件,开创了光纤陀螺在空间站应用的先河。是什么原因让总体有如此的信心和决心做出这一重大决定呢?是中国光纤陀螺团队用一项项国家级技术创新成果、一次次飞行试验圆满成功的佳绩给总体单位吃了一颗“定心丸”。

  光纤陀螺技术在世界航天领域属于前瞻性技术,方兴未艾、朝气蓬勃,航天科技集团和九院高度重视这一技术趋势,大力推动光纤陀螺的研发和应用,九院的光纤陀螺技术团队亦不负重望,在前期深入研究、吃透技术原理的基础上,依靠完全自主创新,使光纤陀螺技术短短几年之间取得突破性进展,在国内率先实现工程化和产品批量生产,光纤螺技术研究成果已获得2项国家技术发明奖、1项国家科技进步奖,应用于多个宇航型号任务,得到了用户的高度肯定。

  与此同时,依托于这一技术的产品也在应用中通过了考验,在卫星搭载验证中不仅表现出良好的性能,达到设计要求,而且在一些特殊的空间环境下还发挥了独特的作用,展现了与众不同的特殊优势。

  光纤陀螺在技术上发展空间广阔、潜力巨大,设计上受到广泛赞誉、一致好评,应用上历经考验、表现出色,再加上长寿命、低功耗、高可靠性的特点契合了空间站工作的特点,使其脱颖而出,成为天宫一号目标飞行器的主导航设备。

  把确保安全作为首要标准

  “载人航天,人命关天”,一个不起眼的螺栓出现问题都有可能造成难以想象的灾难性后果,更不要说汇集和处理信息的中枢,771所把提高可靠性、确保安全性作为研制工作的首要标准。

  2005年9月,改进型长征二号F运载火箭立项,因为在长二F火箭中积累的丰富经验和表现出的优异性能,长二F改火箭的信息处理关键设备——箭载计算机、故障检测处理器和逃逸程序控制器——的设计生产任务又交给了九院771所。与前期不同,改进型长二F火箭对整箭的可靠性提出了更高的要求,分配给各配套设备的可靠性值也相应提高。

  作为中国航天员巡天的专属座驾,改进型长二F火箭将在我国未来开展空间有人试验活动中发挥关键作用,它的可靠性直接关系到航天员的生命安全。为了最大程度地提高火箭的安全性,让航天员毫无顾虑地乘坐火箭升空,771所在计算机可靠性上下足了工夫,他们放下前期的成功,一切从头做起,对箭载计算机、故障检测处理器进行了全新设计,采用系统级的冗余设计从根本上提高信息处理的可靠性。为了实现这一目标,771所先后攻克了三机同步及信息交互技术、故障诊断隔离及系统重构技术、恶劣环境下信号完整性技术等诸多的技术难题,计算机系统由以前的接口部分采用冗余设计改为全部的三冗余系统结构,计算机系统失效成为极小概率事件。在设计提升的同时,工程技术人员并没有对实验验证有丝毫的松懈,在箭载计算机和故障检测处理器FPGA的设计中,他们连续几个月加班加点,进行了无数次前仿真、综合后仿真、布局布线后仿真、限电压极限温度环境仿真,对设想到的所有环节进行再三再四的验证,实验中出现的任何毛刺和异常,都深挖细剖、追根溯源,直至得到光滑得近乎完美的试验曲线,确保设计降额充分、逻辑正确、时序合理。

  可靠性有了数量级的跃升

  空间站长驻真空、失重、高辐射、冷热剧变的太空环境,飞船往返于天地之间,在地面环境和太空环境中穿梭,人要在其中生活和工作首先需要创造一个能够维持生命的环境,我们在地球上再自然不过的压力、氧气、适宜的温度都需要计算机的控制与维持,而天地交互所有信息的沟通更是离不开计算机的协调与控制,地面上遥控指令的接收与处理,空间站里各种设备的运行,试验结果的汇报,离开了计算机一切都将陷于瘫痪。

  数管分系统中央处理单元是天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船数据管理的核心,也是信息交互和数据处理的中枢,负责提供星上基准时间,控制串行数据总线的运行及下位机的操作,实现遥测、遥控、任务管理、自主控制等功能,它的稳定工作是宇航员在天上正常生活和工作的基本前提。

  为了确保中央处理单元万无一失,技术人员再次采用了三冗余设计,通过三冗余热备份逐步降级技术确保中枢的可靠性。在确保产品功能实现的基础上,突出了可靠性设计技术的应用,在环境适应性设计、结构设计、裕度设计、冗余设计、热设计、额设计、电磁兼容性设计上耗尽心思,彻底消除了单点故障和所有盲区,可靠性有了数量级的跃升。同时,通过容错技术实现自主检测、自主诊断和自主切换的排除故障功能,大大提升了故障工作、故障安全的能力,可靠性指标达到99.9%。
(责任编辑:李丹(实习))

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