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细数“嫦五”九天揽月之旅中的电子“智造”

2020年12月21日08:03 | 来源:科技日报
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原标题:细数“嫦五”九天揽月之旅中的电子“智造”

12月17日,嫦娥五号返回器成功着陆地球,至此,探月工程“绕、落、回”三步走的收官之战圆满完成。承担此次发射任务的是长征五号遥五运载火箭。在长征火箭家族中,长五无疑是真正能扛起大梁的“大哥”,未来它也将扛起中国航天深空探测的重担。“长五”立项之初,就被赋予了将“嫦五”发射到月球上去的使命。在这份使命的背后,九院各单位发挥着重要作用。

“长五”能够稳定飞行,离不开九院研制的国内史上最强火箭“大脑”——箭载计算机。它能够有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨迹误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务,确保火箭的稳定飞行。为保证“大脑”健康,其内部还设计了特有的“听诊器”,能够自动听诊飞行控制软件运行过程中的各类重要参数,可及时、有效地发现系统中存在的隐患问题,为控制系统的故障定位提供判定依据。

作为长五火箭的关键创新技术之一,九院创新的遥测性能增强组合技术大幅提升了遥测系统性能。该技术属国内首创,能够在较小的建设成本下,将遥测系统的数据传输速率提升数倍,为新一代大型运载火箭专项工程的实施节省了可观的建设经费。

作为传感器、变换器产品的主力配套单位,九院为火箭配套了1000多台产品,这些产品遍布全箭,清晰准确地感知箭上各个系统和部位各种参数的状态,用于测试过程中各系统状态的评判、飞行过程中箭上工作状况评估、控制和飞行结果分析。

在火箭点火升空进入预定轨道的过程中,九院卫星导航设备发挥了重要作用。应用于控制系统的卫星导航设备,相当于火箭“方向盘”的重要部件,确保火箭入轨精度;为遥测系统配套的卫星导航设备,主要用于火箭飞行中的实时定位报轨,是测量系统的“千里眼”。还配置了火箭遥测地面接收系统,为长五发射前自身载荷设备的工况进行最后一次诊断测试提供可靠的信号接收、数据判读依据。

为了提高长五火箭相关产品的生产效率及生产质量,九院从高度数字化和高度信息集成的业务流与信息流入手,应用新一代信息采集与管理技术,开展技术创新和流程优化,全方位地提升运行效率。据不完全统计,长五火箭产品印制板的自动化率达82%,定位接收机、数据综合器、远置数据综合单元的生产周期及生产响应时间缩短了一半以上。

为火箭配套的激光惯组是控制系统关键单机,用于火箭制导与姿态控制,为火箭提供航行、位置、姿态、速度等物理信息。时代光电公司为火箭配套了光纤惯组、光纤速率陀螺、加表装置3类单机。光纤惯组作为激光惯组的备份,用于火箭的导航与制导,具有测量精度高、可靠性高等优点;光纤速率陀螺用于火箭的姿态控制,具备测量速度快、瞬时精度高等优点;加表装置用于敏感火箭横法向瞬时加速度,供控制系统减载使用。

为长五遥五提供的十余款千多只国产化集成电路,遍布火箭的所有电子系统,保障了核心关键器件的国产化。在火箭的伺服、导航、控制、遥测等多个系统中处处可见微处理器、FPGA、1553总线、抗辐射转换器的身影,这些高可靠国产化核心器件为火箭实时感知飞行姿态、飞行速度、飞行高度等信息并最终精准入轨提供器件级高精度、高速度、高可靠支撑。

为长五遥五火箭测量系统配套的数十台套天馈产品,包括一、二级遥测天线、脉冲应答机天线等。这些功能各异的天线产品,主要分布在火箭仪器舱,实现测量系统的信号发射和接收,为不同的设备做着或收或发的“跑腿”工作。可别小看了这些简单的工作,没了它们,整个火箭就没了“眼睛”“耳朵”和“嘴”。

为火箭配置的4个数据采编器,负责采集助推段分离前火箭飞行过程中的振动、温度、液压等环境参数和电性能参数,以及火箭控制系统的数字量参数,将火箭即时的飞行状态反馈给地面指挥中心,是火箭升往太空路上的第一双“眼睛”。

3种综合控制器和箭上电缆网作为控制系统的重要单机和“神经网络”,通过电缆网对各系统按预定时间发出相应时序信号,来实现各级发动机点火、关机控制,以及分离控制功能,确保火箭点火起飞、各级分离等重要动作环节万无一失。

据了解,在电缆网编制和点胶过程创新采用防水、防潮工艺,确保生产产品适应“三高”环境,避免产品水土不服。同时,为火箭控制系统的地面测发控设备配套了发控转接组合,在火箭发射任务时,它被指挥控制大厅零号指挥员操控,当发射倒计时到零秒时,指挥员按下点火发射按钮,将点火信号传输给火箭计算机,确保火箭准时点火升空。

九院还为此次任务配套了磁保持继电器,该继电器填补了国内外同类型切换功能密封继电器空白,具备环境指标高、可靠性高等特点,在我国航天多个重要火箭、航天器中成功应用,起到了点火控制、信号传输的关键作用。

发展航天电子技术,助推航天强国建设。嫦娥五号月球探测任务圆满完成后,九院这支航天强国建设的主力军将继续坚持创新驱动、转型升级发展战略,积极投身各项国家重大工程任务,为我国航天事业贡献力量。(记者?李禾) 

(责编:赵竹青、初梓瑞)

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