中国电科:精“彩”纷呈 用技术实力为新一代载人飞船试验船飞行任务保驾护航

来源:默认部门     作者:白山远航游戏大厅地址     发布时间:2020年05月18日              

  5月5日18时,新一代载人飞船试验船(简称“试验船”)和柔性充气式货物返回舱试验舱在“长征五号B”运载火箭的搭载下,在海南文昌航天发射场成功升空,实现空间站阶段飞行任务首战告捷,拉开了我国载人航天工程“第三步”任务序幕。该试验船是我国建立下一代空间站的重要运载工具,将为未来运送航天员往返打下技术基础。

  

  中国载人航天工程副总指挥,中国电科董事长、党组书记熊群力亲临文昌航天发射场,指导并见证发射。

  作为我国载人航天工程副总指挥单位,在本次发射任务中,中国电科继续发挥自身在测控通信和元器件研制方面的核心作用,承担了运载火箭系统、测控通信系统、发射场系统等众多系统的研制和保障任务,提供了上千台/套整机设备和千余只关键元器件,为发射任务增添“五颜六色”的呵护,全面保障试验船和火箭发射的安全可控。

蓝色力量:超大超能太阳电池阵持续赋能

  当航天飞行器脱离运载火箭,驶入茫茫太空,就需要依靠配备的太阳电池阵获取能量。太阳电池阵在飞行器入轨初期展开成翼,通过光生伏特效应将太阳光能转变为电能,在飞船飞行的光照区向各分系统和有效载荷提供电能,并向蓄电池组提供充电电能,确保飞行器自主飞行。与神舟飞船相比,本次发射的试验船体型更大,既能载人也可载货,并且可重复使用。

  “大”体格自然需要“大”电池。

  中国电科为试验船量身定制了“超大超能”太阳电池阵,是我国目前LEO轨道发电面积最大的三结砷化镓刚性太阳电池阵,具备转换效率高、抗辐照性能好等特点,可满足任务的高输出功率要求。

  据测试,太阳电池阵电池电路在对力学环境和热环境的适应性方面,均表现出良好的适应性,达到国际先进水平。

  

  在货物返回舱里,也有中国电科配备的超强力电源。

  一次电源分系统是返回舱的心脏,为返回舱提供能源“血液”。从承接该项目,至2020年试验船货物返回舱成功发射,中国电科项目研制团队先后完成了一系列研制生产任务。该系统创新性突破了一系列技术,实现了传统航天器中需要多台单机才能实现的全部功能,保证了货物返回舱一次电源分系统的小型化、轻量化,极大减轻返回舱自身的重量。

  此外,该系统首次在我国返回式航天器上采用了锂氟化碳电池组,在有限的体积内提升整机比能量,助力货物返回舱强力升空与有效运行。

暖色呵护:测控之网时刻护航

  试验船任务拉开了我国空间站时代的大幕,自然被全世界瞩目。无数双眼睛都在盯着飞船的一举一动,如何确保飞船实时“直播”,不留盲区呢?

  中国电科在背后牵起了密不透风的测控通信“风筝线”,如太阳光般无处不在,确保试验船行踪无遗漏。

  测控通信系统就像“千里眼”和“顺风耳”,接收和传递着试验船的每一个信息,控制在各飞行阶段的轨道测量、遥测、遥控和图像传输等工作。为了布置这条“风筝线”,中国电科在陆、海、天全方位系统布局了地面雷达、地面测控站、海上测量船及中继卫星系统,连接地面与长五B火箭、地面与试验船、指挥中心与各个测控站点,保证长五B成功升空,将试验船成功送入预定轨道,并全程守护试验船顺利完成在轨试验任务。

  在广袤大地,通过从南到北、从东到西星罗棋布的地面测控站,对飞船直接进行着跟踪测量、遥测、遥控和通信;在茫茫远洋,远望船严阵以待,勇担火箭和飞船海上跟踪测控的重任;在深邃苍穹,中继星上下行链路,勾连天地,在天地间架起一座信息传输的“高速公路”,通过它,试验飞船上的各种试验数据,将实时传输回地面,地面的各种指令,也将实时控制着试验的进程。

  安装在境外的统一测控系统,完成了对本次发射活动关键弧段的测控任务。据了解,该测控站经过改造升级,功能齐全,具备标准模式、相干扩频、非相干扩频、数传、测控数传一体化等工作模式,是国内首套实现全自动化测试标校、计划驱动的远程高精度自动化运行的系统,是“有人值守、无人操作”的新一代测控设备。

  有了完备的测控系统,试验船随时在线不是问题,那么,在如此高空飞行的情况下,如何能实现“远在天边,近在眼前”的观看效果呢?中国电科研制的卫星通信系统和实况电视系统发挥了重要作用。

  卫星通信系统是通信测控网的神经系统,各种数据、语音和图像信息,在各测控站点与指挥中心之间要完成信息传输,要靠它来完成;实况电视系统可以采集从火箭点火的刹那到火箭上升阶段的关键场景,如实记录,高清传输,为指挥员提供可视化决策手段的同时,也为电视台提供高清的画面图像。

金色大脑:全面改造升级 满足多任务协同需求

  要想实现试验船的安全飞行,需要自主创新的“智慧大脑”,北京航天飞行控制中心计算机系统和指挥显示系统就如同人的大脑,掌控着整个任务周期数据的发送、接收和处理工作。

  本次任务,中国电科承担了北京航天飞行控制中心计算机系统和指挥显示系统建设及改造工作,对系统进行了全面升级,注入更多“金色”的智慧。

  在指挥显示系统的建设升级中,中国电科注入了“多指挥厅协同控制”理念。“未来空间站为多目标飞行任务,协同工作需要多专业、多部门人员通力合作,其配套指挥场所的显示信息也需要整合到统一平台,实现协同切换。”测控中心计算机及指挥显示系统项目总师华伟介绍,“多指挥厅协同控制”理念利用先进的分布式信号播控系统,可以实现各厅图像信息的融合共享、交互推送,满足空间站多任务场所指挥显示保障需求。该理念可以实现“1+2+1”的任务保障模式,即1个在执行任务,2个联试任务和1个任务准备并行的工作模式。

  此外,指挥显示系统采用当前主流的小间距LED显示屏及分布式信号播控拼接系统。相比传统的投影幕,小间距LED显示屏具有更高的可靠性和寿命、更高的分辨率和亮度以及更宽的色域和更高的饱和度等特点,能够为各类飞行控制任务提供有力保障。

无色神经:关键器件 保障安稳运行

  不论是火箭腾空,还是试验船在轨运行,都离不开关键器件的有力支撑,这些关键器件作用重大,犹如人身上的“神经”,为飞行器的健康运行输送血脉。

  在长五B身上,中国电科配备的伺服控制器及时间指令变换器作用重大,可以确保火箭接收正确的指令,确保发射姿态。

  助推伺服控制器是长五B控制系统重要的智能电子设备之ー,其接收处理来自箭载计算机发出的控制指令,实时进行综合校正运算,有效控制火箭助推器的摆动角度,确保火箭的发射姿态。助推伺服控制器的研制突破了多项关键技术,有的技术属国内运载首次应用,提高了伺服控制的精度和稳定性,大大降低了助推伺服控制器的体积、功耗、重量。

  时间指令变换器是专用于长五B助推模块测量系统的箭上产品,其主要功能是实时监控火箭飞行状态,采集分析火箭飞行控制参数,是长征五号运载火箭的重要单机之一。

  在试验船上,中国电科配套了“新一代”Ka频段12W空间行波管,可实现对视频、话音、遥测数据的微波信号放大。针对试验船核心单机功耗、重量、可靠性更高等要求,中国电科采用升级版的设计和结构,使之功耗大幅度降低,重量显著减轻,成品率成倍提升,工作电压、射频参数具备更高的一致性,在高低温全气压的极端环境下均可稳定运行,有效提升了飞船传输信息的速度,大幅降低误码率。

  宇航用光缆组件作为试验船的“神经网络”,起着载人飞船内信息互通互联的作用。为增强光缆组件的生存能力,中国电科项目团队结合航天实际应用,进行了产品原理和工艺的全新设计,将光缆组件的环境适应性稳步提高,让载人飞船的这些“神经”韧性十足。产品不仅具备重量轻、损耗低等特点,而且能够满足机械、温度、空间环境适应性,达到载人飞船的需求。

  在火箭和试验船上,中国电科配置了各型各类的传感器,针对任务特性,对新研产品进行技术突破,同时对传感器进行了升级改造,确保长寿命、高可靠。

  新研制的真空传感器用于测试成分复杂的混合气体工质,使用时需反复承受瞬间从真空环境到常压环境的气压冲击工况,常规的真空产品根本无法耐受。中国电科研制团队创新突破,设计了全新的电路,满足了工程需要;新研制的高温传感器,要求在常温到几百度的温度冲击环境下长时间工作,并实现温度的准确测量。设计人员通过大量实验,模拟产品使用环境考量材料耐受性,最终突破了材料选材的局限,实现产品在恶劣环境下的长寿命高可靠工作。

  在长寿命攻关工作中,中国电科解决了化学量传感器敏感元件长期工作后的漂移问题,确保气体传感器、湿度传感器、水质传感器的稳定性和环境适应性,有效保障空间站内航天员工作和生活环境;在高可靠性攻关工作中,解决了用于监测航天员生活环境氧气含量传感器敏感器件环境耐受性问题。

  

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