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細數“嫦五”九天攬月之旅中的電子“智造”

2020年12月21日08:03 | 來源:科技日報
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原標題:細數“嫦五”九天攬月之旅中的電子“智造”

12月17日,嫦娥五號返回器成功著陸地球,至此,探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰圓滿完成。承擔此次發射任務的是長征五號遙五運載火箭。在長征火箭家族中,長五無疑是真正能扛起大梁的“大哥”,未來它也將扛起中國航天深空探測的重擔。“長五”立項之初,就被賦予了將“嫦五”發射到月球上去的使命。在這份使命的背后,九院各單位發揮著重要作用。

“長五”能夠穩定飛行,離不開九院研制的國內史上最強火箭“大腦”——箭載計算機。它能夠有條不紊地完成箭體參數錄取、飛行軌跡誤差修正以及控制指令輸出等多項復雜的控制任務,確保火箭的穩定飛行。為保証“大腦”健康,其內部還設計了特有的“聽診器”,能夠自動聽診飛行控制軟件運行過程中的各類重要參數,可及時、有效地發現系統中存在的隱患問題,為控制系統的故障定位提供判定依據。

作為長五火箭的關鍵創新技術之一,九院創新的遙測性能增強組合技術大幅提升了遙測系統性能。該技術屬國內首創,能夠在較小的建設成本下,將遙測系統的數據傳輸速率提升數倍,為新一代大型運載火箭專項工程的實施節省了可觀的建設經費。

作為傳感器、變換器產品的主力配套單位,九院為火箭配套了1000多台產品,這些產品遍布全箭,清晰准確地感知箭上各個系統和部位各種參數的狀態,用於測試過程中各系統狀態的評判、飛行過程中箭上工作狀況評估、控制和飛行結果分析。

在火箭點火升空進入預定軌道的過程中,九院衛星導航設備發揮了重要作用。應用於控制系統的衛星導航設備,相當於火箭“方向盤”的重要部件,確保火箭入軌精度﹔為遙測系統配套的衛星導航設備,主要用於火箭飛行中的實時定位報軌,是測量系統的“千裡眼”。還配置了火箭遙測地面接收系統,為長五發射前自身載荷設備的工況進行最后一次診斷測試提供可靠的信號接收、數據判讀依據。

為了提高長五火箭相關產品的生產效率及生產質量,九院從高度數字化和高度信息集成的業務流與信息流入手,應用新一代信息採集與管理技術,開展技術創新和流程優化,全方位地提升運行效率。據不完全統計,長五火箭產品印制板的自動化率達82%,定位接收機、數據綜合器、遠置數據綜合單元的生產周期及生產響應時間縮短了一半以上。

為火箭配套的激光慣組是控制系統關鍵單機,用於火箭制導與姿態控制,為火箭提供航行、位置、姿態、速度等物理信息。時代光電公司為火箭配套了光纖慣組、光纖速率陀螺、加表裝置3類單機。光纖慣組作為激光慣組的備份,用於火箭的導航與制導,具有測量精度高、可靠性高等優點﹔光纖速率陀螺用於火箭的姿態控制,具備測量速度快、瞬時精度高等優點﹔加表裝置用於敏感火箭橫法向瞬時加速度,供控制系統減載使用。

為長五遙五提供的十余款千多隻國產化集成電路,遍布火箭的所有電子系統,保障了核心關鍵器件的國產化。在火箭的伺服、導航、控制、遙測等多個系統中處處可見微處理器、FPGA、1553總線、抗輻射轉換器的身影,這些高可靠國產化核心器件為火箭實時感知飛行姿態、飛行速度、飛行高度等信息並最終精准入軌提供器件級高精度、高速度、高可靠支撐。

為長五遙五火箭測量系統配套的數十台套天饋產品,包括一、二級遙測天線、脈沖應答機天線等。這些功能各異的天線產品,主要分布在火箭儀器艙,實現測量系統的信號發射和接收,為不同的設備做著或收或發的“跑腿”工作。可別小看了這些簡單的工作,沒了它們,整個火箭就沒了“眼睛”“耳朵”和“嘴”。

為火箭配置的4個數據採編器,負責採集助推段分離前火箭飛行過程中的振動、溫度、液壓等環境參數和電性能參數,以及火箭控制系統的數字量參數,將火箭即時的飛行狀態反饋給地面指揮中心,是火箭升往太空路上的第一雙“眼睛”。

3種綜合控制器和箭上電纜網作為控制系統的重要單機和“神經網絡”,通過電纜網對各系統按預定時間發出相應時序信號,來實現各級發動機點火、關機控制,以及分離控制功能,確保火箭點火起飛、各級分離等重要動作環節萬無一失。

據了解,在電纜網編制和點膠過程創新採用防水、防潮工藝,確保生產產品適應“三高”環境,避免產品水土不服。同時,為火箭控制系統的地面測發控設備配套了發控轉接組合,在火箭發射任務時,它被指揮控制大廳零號指揮員操控,當發射倒計時到零秒時,指揮員按下點火發射按鈕,將點火信號傳輸給火箭計算機,確保火箭准時點火升空。

九院還為此次任務配套了磁保持繼電器,該繼電器填補了國內外同類型切換功能密封繼電器空白,具備環境指標高、可靠性高等特點,在我國航天多個重要火箭、航天器中成功應用,起到了點火控制、信號傳輸的關鍵作用。

發展航天電子技術,助推航天強國建設。嫦娥五號月球探測任務圓滿完成后,九院這支航天強國建設的主力軍將繼續堅持創新驅動、轉型升級發展戰略,積極投身各項國家重大工程任務,為我國航天事業貢獻力量。(記者 李禾) 

(責編:趙竹青、初梓瑞)

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