壯歌唱響天穹外

+ 張 磊

模擬圖

在我國(guó)首次載人空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院共有14家單位參與相關(guān)產(chǎn)品的研制配套任務(wù)，涉及慣性導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)與微電子、遙測(cè)遙控、機(jī)電組件等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，共提供數(shù)百個(gè)品種一千余臺(tái)（套）整機(jī)產(chǎn)品、上萬(wàn)只集成電路和元器件，產(chǎn)品遍布載人航天工程八大系統(tǒng)中的七大系統(tǒng)，為任務(wù)圓滿成功作出了突出貢獻(xiàn)。

環(huán)控裝置——精心呵護(hù)航天員的生命之舟

在本次任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院771所為神舟九號(hào)飛船研制了環(huán)境控制數(shù)據(jù)處理裝置、艙載醫(yī)監(jiān)設(shè)備主機(jī)等多種產(chǎn)品。

他們研制的環(huán)境控制和生命保障數(shù)據(jù)處理裝置，負(fù)責(zé)及時(shí)地對(duì)飛船內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)除濕，使飛船內(nèi)的濕度既使航天員感到舒服，同時(shí)又符合空間實(shí)驗(yàn)對(duì)空氣濕度的要求。不僅如此，該裝置還負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集并計(jì)算艙內(nèi)的氧氣、氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w含量，通過(guò)壓力控制，保持適合人體生存的常壓狀態(tài)。

該裝置通過(guò)采集飛船內(nèi)各種傳感數(shù)據(jù)，獲取飛船內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果控制飛船內(nèi)部各種閥門、泵及風(fēng)機(jī)，為航天員提供舒適環(huán)境。此外，該裝置還通過(guò)飛船數(shù)管將有效數(shù)據(jù)發(fā)送至地面，為遙控遙測(cè)提供參考。

據(jù)從“神一”開(kāi)始就一直負(fù)責(zé)環(huán)控?cái)?shù)據(jù)處理裝置研制的771所研究員余國(guó)強(qiáng)介紹，環(huán)控?cái)?shù)據(jù)處理裝置從飛船塔架待命到發(fā)射入軌再到返回著陸的整個(gè)任務(wù)周期內(nèi)，一直處于工作狀態(tài)，需要極高的可靠性。為滿足可靠性要求，該裝置采用雙機(jī)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支持冗余熱備份工作模式，即在裝置工作過(guò)程中，一機(jī)正常工作，另一機(jī)處于備份狀態(tài)，當(dāng)工作單機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備份單機(jī)可以隨時(shí)接管整個(gè)裝置的工作任務(wù)。

艙載醫(yī)監(jiān)設(shè)備——航天員的“貼身小護(hù)士”

由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院771所研制的艙載醫(yī)監(jiān)設(shè)備則擔(dān)負(fù)著航天員“貼身小護(hù)士”的角色，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)全程監(jiān)測(cè)航天員在飛行過(guò)程中的心電、心率、呼吸、體溫、血壓等數(shù)字生理信息數(shù)據(jù)。由于航天員在飛船中人體血壓、脈搏等弱信號(hào)的采集比較困難，與一般醫(yī)用監(jiān)測(cè)儀器相比，艙載醫(yī)監(jiān)設(shè)備在功能、體積、環(huán)境等方面大不相同。除了要確保高可靠和安全外，還要求具備檢測(cè)、存儲(chǔ)、傳輸和處理的功能，檢測(cè)到的信號(hào)通過(guò)多種通道傳輸?shù)街鳈C(jī)儀表和裝置，從而對(duì)航天員實(shí)施全面有效的醫(yī)學(xué)監(jiān)督。

實(shí)際上，航天員在飛船上生活，對(duì)空氣和生活用品的潔凈度要求很高。由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院上海航天公司研制生產(chǎn)的生物監(jiān)測(cè)組件正是用來(lái)檢測(cè)飛船內(nèi)的空氣和航天員生活用品潔凈度的，它主要包括氣體粒子檢測(cè)裝置和表面微生物檢測(cè)裝置。氣體粒子檢測(cè)裝置用來(lái)監(jiān)測(cè)氣體表面微粒，即艙體空氣的清潔度；表面微生物檢測(cè)裝置則用來(lái)監(jiān)測(cè)擺放食品等航天員用具臺(tái)面的清潔度。

逃逸控制——點(diǎn)燃“生”的希望

6月16日18時(shí)37分， “長(zhǎng)二F”火箭噴射著熊熊火焰，將神舟九號(hào)飛船送入太空。發(fā)射的瞬間可謂千鈞一發(fā)，要判斷火箭狀態(tài)是否一切正常，是否需要啟動(dòng)逃逸程序，就要用到中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院航天火箭公司研制的遍布火箭全身的傳感器、變換器和中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院771所研制的逃逸控制器。

航天火箭公司研制的各種類型傳感器、變換器被安裝在火箭內(nèi)部的各個(gè)關(guān)鍵部位。傳感器負(fù)責(zé)感知箭上物理量的變化，變換器負(fù)責(zé)把物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳輸，供給火箭的控制系統(tǒng)和地面控制中心作為判斷依據(jù)。

而當(dāng)火箭出現(xiàn)嚴(yán)重故障，危及航天員安全時(shí)，逃逸救生判據(jù)用加速度傳感器會(huì)表現(xiàn)為加速度與設(shè)計(jì)值的偏離，傳感器將第一時(shí)間感應(yīng)到這一變化，并向九院771所研制的故障檢測(cè)處理器發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)逃逸程序。

在接到故障檢測(cè)處理器的報(bào)警信號(hào)后，九院771所研制的逃逸程序控制器執(zhí)行相應(yīng)的逃逸程序，適時(shí)發(fā)出一系列指令，并向逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出點(diǎn)火指令。

手控慣組——力保實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接

在本次任務(wù)中，航天員要手動(dòng)控制神舟九號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器進(jìn)行對(duì)接。有人將這比喻為打靶瞄準(zhǔn)，航天員根據(jù)屏幕上的十字刻度來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。當(dāng)航天員發(fā)現(xiàn)飛船偏離對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，就會(huì)通過(guò)操作控制手柄來(lái)及時(shí)調(diào)整飛船的位置。

此時(shí)就需要用到中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院13所時(shí)代光電公司研制生產(chǎn)的手控光纖關(guān)組。它的主要作用就是穩(wěn)定飛船姿態(tài)，保證航天員可以將飛船穩(wěn)定在預(yù)定的位置上，從而保證其平穩(wěn)地沿著預(yù)定軌道進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。只要飛船稍微偏離航天員設(shè)定的預(yù)定目標(biāo)，光纖陀螺就可以檢測(cè)出偏差值，進(jìn)而通過(guò)控制系統(tǒng)的反饋，將飛船重新穩(wěn)定在預(yù)定目標(biāo)上。

據(jù)九院13所時(shí)代光電公司總經(jīng)理王巍介紹：“手控光纖慣組的研制以自主創(chuàng)新為立足點(diǎn)，努力突破技術(shù)瓶頸和技術(shù)封鎖，通過(guò)一系列技術(shù)攻關(guān)和發(fā)明創(chuàng)新，取得了新型全固態(tài)慣性技術(shù)在我國(guó)載人航天工程上成功應(yīng)用的重大突破，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)跨越五至十年、單項(xiàng)技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平的跨越式發(fā)展?！?/p>

Y88電連接器——打通“神九”與“天宮”的經(jīng)脈

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院鄭州航天公司自主研制生產(chǎn)的導(dǎo)通“神九”和“天宮一號(hào)”之間電路的Y88電連接器是交會(huì)對(duì)接三步中粗對(duì)接、精對(duì)接和對(duì)接機(jī)構(gòu)中的電連接器對(duì)接的最后一步對(duì)接。

該型號(hào)電連接器不僅具有良好的電路浮動(dòng)斷接功能，更具備適應(yīng)空間軌道高真空環(huán)境的熱真空釋氣性能和空間軌道溫度應(yīng)力環(huán)境的熱循環(huán)、熱真空、熱真空壽命，以及空間軌道輻射環(huán)境的帶電粒子輻射等一系列特殊環(huán)境，符合空間站長(zhǎng)壽命使用要求。

負(fù)責(zé)電連接器研發(fā)的鄒翔介紹，因應(yīng)用場(chǎng)合十分特殊，在誤差范圍的控制上，必須實(shí)現(xiàn)在太空環(huán)境中插合和分離兩個(gè)相反功能的準(zhǔn)確性。只有做到萬(wàn)無(wú)一失的接觸可靠，插拔自如，才能確保動(dòng)力信號(hào)、控制信號(hào)和通信信號(hào)準(zhǔn)確傳輸?shù)轿唬瑥亩埂吧窬拧迸c“天宮一號(hào)”兩個(gè)航天器合二為一。

計(jì)算機(jī)——讓火箭精確入軌的“大腦”

負(fù)責(zé)指引神舟九號(hào)飛船準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道進(jìn)而再與“天宮一號(hào)”對(duì)接的是由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院771所研制生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)。

為了最大程度地提高計(jì)算機(jī)的可靠性，讓航天員放心地乘坐火箭升空，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院771所對(duì)箭載計(jì)算機(jī)在以前的3冗余設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，從根本上提高了信息處理的可靠性。

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院693廠

重新設(shè)計(jì)的箭載計(jì)算機(jī)由以前的只有接口部分采用冗余設(shè)計(jì)改為全部的3冗余系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，攻克了三機(jī)同步及信息交互技術(shù)、故障診斷隔離及系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)、惡劣環(huán)境下信號(hào)完整性技術(shù)等諸多的技術(shù)難題，一系列的全新設(shè)計(jì)讓箭載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失效問(wèn)題成為微小的極小概率事件。

慣性器件——飛行器的“明亮雙眸”

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院13所為“長(zhǎng)二F”火箭研制的慣性器件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)一起構(gòu)成火箭的控制系統(tǒng)，為運(yùn)載火箭提供飛行姿態(tài)、方位、速度、位置等信息，是飛行器和穩(wěn)定系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

九院13所的設(shè)計(jì)師們用先進(jìn)的冗余技術(shù)，較好地滿足了發(fā)射任務(wù)的可靠性要求。此次任務(wù)中設(shè)計(jì)人員為控制系統(tǒng)配備了兩套捷聯(lián)慣性測(cè)量組合，并通過(guò)技術(shù)手段使它們通力協(xié)作、互為補(bǔ)充，阻斷故障的可能性。

此外，為了萬(wàn)無(wú)一失，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)級(jí)冗余設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上，對(duì)每套慣性測(cè)量組合中的儀表系統(tǒng)都進(jìn)行了“備份”，也稱儀表級(jí)冗余設(shè)計(jì)。在遇到故障情況時(shí)，會(huì)有相應(yīng)的備份繼續(xù)工作保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，這就像是為產(chǎn)品上了一份雙保險(xiǎn)，最大程度地保證了產(chǎn)品的萬(wàn)無(wú)一失。

測(cè)控通信——架起天地間通訊的“橋梁”

在本次任務(wù)中，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司九院航天火箭公司承擔(dān)著七大系統(tǒng)中火箭、飛行器、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控通信等重要系統(tǒng)的大量電子產(chǎn)品的研制生產(chǎn)任務(wù)，交付首區(qū)、航區(qū)、落區(qū)以及國(guó)外測(cè)控站、遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船等幾十余套測(cè)控?cái)?shù)傳設(shè)備。這些設(shè)備在火箭發(fā)射、飛船在軌運(yùn)行等各階段發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火箭發(fā)射的全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)，建立了目標(biāo)飛行器與地面指揮中心、各測(cè)控站的信息通道，一同構(gòu)成了地面與天空通訊的“橋梁”。

航天火箭公司提供的遍布全球的測(cè)控系統(tǒng)和地面站編織了一張巨大的測(cè)控通信網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確地捕獲火箭和目標(biāo)飛行器的各類信息。如果沒(méi)有測(cè)控通信系統(tǒng)，火箭和飛行器將無(wú)從控制和跟蹤。

其實(shí)，在本次“神舟九號(hào)”飛天任務(wù)中，九院還有多家單位參與配套生產(chǎn)任務(wù)，他們無(wú)一不對(duì)任務(wù)的圓滿成功發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。