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细数“嫦五”九天揽月之旅中的“九院智造”
2020-12-18 10:57:57  来源:时动品牌网  编辑:SD-C8116

核心提示:11月24日,海南文昌,身强体壮的“胖五”再一次拔地而起,带着嫦娥五号探测器飞向远在38万公里外的月球,执行我国首次无人月球采样返回任务。

11月24日,海南文昌,身强体壮的“胖五”再一次拔地而起,带着嫦娥五号探测器飞向远在38万公里外的月球,执行我国首次无人月球采样返回任务。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。

航天科技集团九院全方位参与此次任务,提供了大量高质量、高可靠的航天电子产品。“嫦五”飞天史册中,九院用智慧和汗水默默写下了自己的名字。

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“嫦五”飞天背后的航天电子  

作为我国目前研制的最为复杂的探测器,“嫦五”的采样、起飞上升、交会对接等环节是此次任务最主要的挑战。在整个任务持续的20多天里,为了保障探测器高质量完成月面采样、月表起飞、月球轨道交会对接和样品转移这一系列高难度动作,九院各单位迎难而上。

“嫦五”由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成。771所为上升器、返回器综合管理单元配套了CPU模块。上升器、返回器数管分系统的综合管理单元可实现星地通信、飞行过程中各设备的健康监测和任务执行管理、月面再发射、样品返回等重要功能,其核心部件CPU模块相当于“大脑”,是上升器、返回器的控制源头,负责控制各相关模块,使其正常运转,主要承担着测控应答机接收并执行地面发送的所有遥控直接指令;完成遥测数据的采集和遥控间接指令的分配,以及加热回路控制驱动;提供星上基准时间,采集各类遥测数据组帧下行等功能。

825厂为“嫦五”配套了8个系列,20个规格,83只/套产品。其中YF17-36、YF8-94是专门量身定制的两款分离脱落电连接器,创新了多项技术。YF17-36芯产品体积小、重量轻,插座重量不超过50克。产品中的运动核心机构首次采用真空镀膜工艺技术,该技术让运动机构穿上了一个光滑“外衣”,该“外衣”既抗寒又耐热,而且抗腐蚀性极强,不易老化,有它加身,有效降低了金属面间的摩擦系数,防止冷焊效应的发生。作为新制的一款高、低频混装的高真空产品,YF8-94芯产品在“嫦五”首次成功应用。在体积和重量基本保持不变的情况下,该厂将产品接触件增加了30%,确保信号功率增大,而且在保留低频信号传输功能的基础上,首次增加了高频信号传输功能,使产品传输信号种类更多。

13所激光导航公司和时代光电公司为“嫦五”提供了关键的惯性导航产品。激光导航公司为“嫦五”研制的激光惯组能够为探测器月面着陆、月面起飞、交会对接、携带样本高速再入返回地球等各项操作提供实时、连续的姿态速度位置信息。据悉,该公司配套的激光惯组分别作为着陆上升组合体和返回器主份惯导,全过程参与任务,能够为着陆上升组合体精准落月,上升器与轨道舱精准对接,返回器高速返回精准着陆提供高精度导航信息,性能达到国际先进水平。

时代光电公司的两台光纤惯组分别安装于探测器的着陆上升组合体和返回器中。其中,着陆上升组合体光纤惯组主要用于测量载体相对于惯性空间的角速度和加速度,全程参与中国史上首次月面起飞及月球临近空间的交会对接任务;返回器光纤惯组全程参与返回器高速再入地球大气时的惯导解算,助力返回器精准落地和回收。

772所为“嫦五”提供了以1553B总线、抗辐射转换器、驱动和接口、54AC系列、专用ASIC为代表的13款259只高可靠宇航集成电路,全程参与“嫦五”绕、落、回、挖土的实施过程,为顺利完成任务提供硬核支撑。

在轨道修正、近月制动过程中,772所为轨道器配套了抗辐射1553B总线、16位冗余驱动器等多款高可靠宇航用集成电路,为测定探测器实际飞行轨道与设计轨道之间的偏差和高速飞行的探测器在靠近月球时实施“刹车”制动提供有力保障。

在精准软着、钻取表取过程中,该所为着陆器避障系统、GNC等配套了抗辐射1553B总线、抗辐射转换器、接口驱动器共计60余只抗辐照集成电路,为着陆器快速避障、软着月面、自动采样等提供高可靠数据传输、高精度数据采集和高稳定指令执行。

在地外起飞、交会接力过程中,772所为上升器“大脑”中央控制计算机、“眼睛”星敏感器、对接微波雷达等多台套设备配套了高精度AD/DA转换器、54AC系列电路、星敏感器专用ASIC等30余只抗辐照集成电路,为我国首次地外天体起飞和首次环月交会对接助力。

在环抱月壤、满载而归过程中,772所为返回器中惯性测量系统配套的高精度AD转换器和DA转换器以及1553B总线控制器用于采集飞行过程中高精度的位置和姿态信息,为携带“土特产”的返回器以打水漂的方式返回地球提供坚强数据支撑。

539厂为探测器配套了27台套产品和9个FPGA配置项。具体来说,为上升器配套了上升器X频段测控子系统,为返回器配套了S频段应答机,为轨道器配套了轨道器X频段应答机。这些产品能够有力地帮助“嫦五”实现各种工作模式下的探测器和地面站之间的测控通信,助力实现首次在月球表面自动采样、月面起飞和月球轨道无人对接等功能。其中,返回器S频段应答机作为“嫦五”采样返回路上的唯一测控通信工具,为“嫦五”再入返回地球保驾护航。

该厂还为上升器、着陆器和轨道器配套了推进线路盒及相关FPGA软件。推进系统就像人的骨骼和肌肉,轨道器、着陆器、上升器推进线路盒就像人的神经网络,其中,上升器推进线路盒能够准确地控制推进分系统各种阀门开关操作,控制3000牛发动机实现上升器月面上升,并与轨道器在月球轨道实现交汇对接。此外,该厂还配套了推进舱综合管理单元,这是轨道器综合电子分系统的重要组成单机。

由693厂研制生产的低磁性矩形电连接器、轨返分离信号装置、快速断接器等明星产品广泛应用于“嫦五”中。低磁性矩形电连接器用于信号传输系统,能迅速精准地使仪器之间得以电路导通;安装在返回器和轨道器上的轨返分离信号装置,用于判断两器之间是否成功分离;快速断接器用于轨道器和着陆器之间,插头与插座之间通过锁紧套、钢球、阻挡片等机构实现连接与二次锁紧,能够使两器快速对接和分离,确保各设备之间无障碍连接。

773所为“嫦五”配套了高可靠射频同轴电缆组件,该产品主要用于轨道器。宇航用射频电缆组件可实现航天器信号传输链路的不同系统设备接口间阻抗匹配和高频微波能量传输,对于整个通信系统起到了连接纽带作用,是微波通信系统不可缺少的精密器件。

作为国内宇航微波器件研制配套核心单位,773所已为我国北斗等60余个卫星型号交付超过4000根射频电缆组件正样产品,在轨运行超过2500根,是国产射频电缆组件交付数量、在轨数量、应用型号最多的单位之一。

微波开关是航天器有效载荷中的核心产品,7107厂为“嫦五”配套的2台微波开关应用于着陆器测速测距分系统中,用于切换着陆器的飞行速度,从而控制与月球表面的距离,助力在月球表面实现软着陆。目前,该厂生产的微波开关共20余种规格总计688台产品,在卫星导航、深空探测、载人航天等50余颗航天器中得到批量在轨应用,产品在轨稳定可靠。

千难万险的奔月之旅中,众多航天电子产品为“嫦五”保驾护航。

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航天电子让“胖五”更强更壮

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771所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一,704所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,704所为火箭配套了1000余台产品,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,704所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”。该所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,704所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。

13所激光导航公司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。

772所为长五遥五提供了11款千余只国产化集成电路,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该所微处理器、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。

539厂为长五遥五火箭测量系统配套了44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”。

289厂主要负责火箭助推段数据采编器的设计研制任务,该厂为火箭配置了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”。自2014年该厂数据采编器第一批试样产品交付以来,均圆满完成任务。

200厂负责承制火箭控制系统的部分单机、箭上电缆网、地面测发控设备。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,200厂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,该厂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。

165厂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。

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