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中國電科:精“彩”紛呈 用技術實力為新一代載人飛船試驗船飛行任務保駕護航

來源:默認部門     作者:新聞中心     發布時間:2020年05月18日              

  5月5日18時,新一代載人飛船試驗船(簡稱“試驗船”)和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙在“長征五號B”運載火箭的搭載下,在海南文昌航天發射場成功升空,實現空間站階段飛行任務首戰告捷,拉開了我國載人航天工程“第三步”任務序幕。該試驗船是我國建立下一代空間站的重要運載工具,將為未來運送航天員往返打下技術基礎。

  

  中國載人航天工程副總指揮,中國電科董事長、黨組書記熊群力親臨文昌航天發射場,指導并見證發射。

  作為我國載人航天工程副總指揮單位,在本次發射任務中,中國電科繼續發揮自身在測控通信和元器件研制方面的核心作用,承擔了運載火箭系統、測控通信系統、發射場系統等眾多系統的研制和保障任務,提供了上千臺/套整機設備和千余只關鍵元器件,為發射任務增添“五顏六色”的呵護,全面保障試驗船和火箭發射的安全可控。

藍色力量:超大超能太陽電池陣持續賦能

  當航天飛行器脫離運載火箭,駛入茫茫太空,就需要依靠配備的太陽電池陣獲取能量。太陽電池陣在飛行器入軌初期展開成翼,通過光生伏特效應將太陽光能轉變為電能,在飛船飛行的光照區向各分系統和有效載荷提供電能,并向蓄電池組提供充電電能,確保飛行器自主飛行。與神舟飛船相比,本次發射的試驗船體型更大,既能載人也可載貨,并且可重復使用。

  “大”體格自然需要“大”電池。

  中國電科為試驗船量身定制了“超大超能”太陽電池陣,是我國目前LEO軌道發電面積最大的三結砷化鎵剛性太陽電池陣,具備轉換效率高、抗輻照性能好等特點,可滿足任務的高輸出功率要求。

  據測試,太陽電池陣電池電路在對力學環境和熱環境的適應性方面,均表現出良好的適應性,達到國際先進水平。

  

  在貨物返回艙里,也有中國電科配備的超強力電源。

  一次電源分系統是返回艙的心臟,為返回艙提供能源“血液”。從承接該項目,至2020年試驗船貨物返回艙成功發射,中國電科項目研制團隊先后完成了一系列研制生產任務。該系統創新性突破了一系列技術,實現了傳統航天器中需要多臺單機才能實現的全部功能,保證了貨物返回艙一次電源分系統的小型化、輕量化,極大減輕返回艙自身的重量。

  此外,該系統首次在我國返回式航天器上采用了鋰氟化碳電池組,在有限的體積內提升整機比能量,助力貨物返回艙強力升空與有效運行。

暖色呵護:測控之網時刻護航

  試驗船任務拉開了我國空間站時代的大幕,自然被全世界矚目。無數雙眼睛都在盯著飛船的一舉一動,如何確保飛船實時“直播”,不留盲區呢?

  中國電科在背后牽起了密不透風的測控通信“風箏線”,如太陽光般無處不在,確保試驗船行蹤無遺漏。

  測控通信系統就像“千里眼”和“順風耳”,接收和傳遞著試驗船的每一個信息,控制在各飛行階段的軌道測量、遙測、遙控和圖像傳輸等工作。為了布置這條“風箏線”,中國電科在陸、海、天全方位系統布局了地面雷達、地面測控站、海上測量船及中繼衛星系統,連接地面與長五B火箭、地面與試驗船、指揮中心與各個測控站點,保證長五B成功升空,將試驗船成功送入預定軌道,并全程守護試驗船順利完成在軌試驗任務。

  在廣袤大地,通過從南到北、從東到西星羅棋布的地面測控站,對飛船直接進行著跟蹤測量、遙測、遙控和通信;在茫茫遠洋,遠望船嚴陣以待,勇擔火箭和飛船海上跟蹤測控的重任;在深邃蒼穹,中繼星上下行鏈路,勾連天地,在天地間架起一座信息傳輸的“高速公路”,通過它,試驗飛船上的各種試驗數據,將實時傳輸回地面,地面的各種指令,也將實時控制著試驗的進程。

  安裝在境外的統一測控系統,完成了對本次發射活動關鍵弧段的測控任務。據了解,該測控站經過改造升級,功能齊全,具備標準模式、相干擴頻、非相干擴頻、數傳、測控數傳一體化等工作模式,是國內首套實現全自動化測試標校、計劃驅動的遠程高精度自動化運行的系統,是“有人值守、無人操作”的新一代測控設備。

  有了完備的測控系統,試驗船隨時在線不是問題,那么,在如此高空飛行的情況下,如何能實現“遠在天邊,近在眼前”的觀看效果呢?中國電科研制的衛星通信系統和實況電視系統發揮了重要作用。

  衛星通信系統是通信測控網的神經系統,各種數據、語音和圖像信息,在各測控站點與指揮中心之間要完成信息傳輸,要靠它來完成;實況電視系統可以采集從火箭點火的剎那到火箭上升階段的關鍵場景,如實記錄,高清傳輸,為指揮員提供可視化決策手段的同時,也為電視臺提供高清的畫面圖像。

金色大腦:全面改造升級 滿足多任務協同需求

  要想實現試驗船的安全飛行,需要自主創新的“智慧大腦”,北京航天飛行控制中心計算機系統和指揮顯示系統就如同人的大腦,掌控著整個任務周期數據的發送、接收和處理工作。

  本次任務,中國電科承擔了北京航天飛行控制中心計算機系統和指揮顯示系統建設及改造工作,對系統進行了全面升級,注入更多“金色”的智慧。

  在指揮顯示系統的建設升級中,中國電科注入了“多指揮廳協同控制”理念。“未來空間站為多目標飛行任務,協同工作需要多專業、多部門人員通力合作,其配套指揮場所的顯示信息也需要整合到統一平臺,實現協同切換。”測控中心計算機及指揮顯示系統項目總師華偉介紹,“多指揮廳協同控制”理念利用先進的分布式信號播控系統,可以實現各廳圖像信息的融合共享、交互推送,滿足空間站多任務場所指揮顯示保障需求。該理念可以實現“1+2+1”的任務保障模式,即1個在執行任務,2個聯試任務和1個任務準備并行的工作模式。

  此外,指揮顯示系統采用當前主流的小間距LED顯示屏及分布式信號播控拼接系統。相比傳統的投影幕,小間距LED顯示屏具有更高的可靠性和壽命、更高的分辨率和亮度以及更寬的色域和更高的飽和度等特點,能夠為各類飛行控制任務提供有力保障。

無色神經:關鍵器件 保障安穩運行

  不論是火箭騰空,還是試驗船在軌運行,都離不開關鍵器件的有力支撐,這些關鍵器件作用重大,猶如人身上的“神經”,為飛行器的健康運行輸送血脈。

  在長五B身上,中國電科配備的伺服控制器及時間指令變換器作用重大,可以確保火箭接收正確的指令,確保發射姿態。

  助推伺服控制器是長五B控制系統重要的智能電子設備之ー,其接收處理來自箭載計算機發出的控制指令,實時進行綜合校正運算,有效控制火箭助推器的擺動角度,確保火箭的發射姿態。助推伺服控制器的研制突破了多項關鍵技術,有的技術屬國內運載首次應用,提高了伺服控制的精度和穩定性,大大降低了助推伺服控制器的體積、功耗、重量。

  時間指令變換器是專用于長五B助推模塊測量系統的箭上產品,其主要功能是實時監控火箭飛行狀態,采集分析火箭飛行控制參數,是長征五號運載火箭的重要單機之一。

  在試驗船上,中國電科配套了“新一代”Ka頻段12W空間行波管,可實現對視頻、話音、遙測數據的微波信號放大。針對試驗船核心單機功耗、重量、可靠性更高等要求,中國電科采用升級版的設計和結構,使之功耗大幅度降低,重量顯著減輕,成品率成倍提升,工作電壓、射頻參數具備更高的一致性,在高低溫全氣壓的極端環境下均可穩定運行,有效提升了飛船傳輸信息的速度,大幅降低誤碼率。

  宇航用光纜組件作為試驗船的“神經網絡”,起著載人飛船內信息互通互聯的作用。為增強光纜組件的生存能力,中國電科項目團隊結合航天實際應用,進行了產品原理和工藝的全新設計,將光纜組件的環境適應性穩步提高,讓載人飛船的這些“神經”韌性十足。產品不僅具備重量輕、損耗低等特點,而且能夠滿足機械、溫度、空間環境適應性,達到載人飛船的需求。

  在火箭和試驗船上,中國電科配置了各型各類的傳感器,針對任務特性,對新研產品進行技術突破,同時對傳感器進行了升級改造,確保長壽命、高可靠。

  新研制的真空傳感器用于測試成分復雜的混合氣體工質,使用時需反復承受瞬間從真空環境到常壓環境的氣壓沖擊工況,常規的真空產品根本無法耐受。中國電科研制團隊創新突破,設計了全新的電路,滿足了工程需要;新研制的高溫傳感器,要求在常溫到幾百度的溫度沖擊環境下長時間工作,并實現溫度的準確測量。設計人員通過大量實驗,模擬產品使用環境考量材料耐受性,最終突破了材料選材的局限,實現產品在惡劣環境下的長壽命高可靠工作。

  在長壽命攻關工作中,中國電科解決了化學量傳感器敏感元件長期工作后的漂移問題,確保氣體傳感器、濕度傳感器、水質傳感器的穩定性和環境適應性,有效保障空間站內航天員工作和生活環境;在高可靠性攻關工作中,解決了用于監測航天員生活環境氧氣含量傳感器敏感器件環境耐受性問題。

  

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