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遥测、惯导、计算机 细说电子技术助飞船
    日期:2008年11月11日    字体:【】【】【

    遥测系统就好比火箭和飞船的“神经”,探知着工作状态,感受着内外环境。 
     惯性制导系统犹如火箭和飞船的“五官”,担负着火箭和飞船在茫茫太空中的飞行方向、方向速度和所在位置的测量功能。 
     火箭能平稳、安全地按预定轨道直射太空而惊叹,这是因为它拥有精密的“大脑”———计算机。
  遥测系统:敏感的“神经”
  神舟六号载人航天工程顺利实施,从电视画面中,我们看到了火箭与飞船在地面控制中心的指令下准确地完成了各种规定,从火箭点火升空直到航天员顺利返回,这些控制指令的下达与箭船执行情况的判定,都少不了被称为航天遥测遥控技术及设备获得的各种数据、参数来提供保障。
  中国航天时代电子公司旗下的704所作为我国遥测技术的中心研究所,为航天员飞天的交通工具———火箭和飞船梳理着敏感的“神经”。
  应急记录器就是俗称的黑匣子,它能抗大冲击、耐上千摄氏度的高温,还不怕海水浸泡,这也是我国自主研制成功的第一个航天用黑匣子。此外,神舟六号飞船遥测系统中的图像系统是我国火箭发射史上第一次将图像测量系统安装于火箭上的新技术。它是基于神舟五号飞船的又一次重大技术状态的变更,在我国自主研发第一次使用,通过图像显示可获取火箭在飞行过程中更多的信息,进一步地提高载人航天飞行试验的可靠性。
  具有国际先进水平的载人航天测控网数十套地面遥测、数传、记录设备也从这里诞生。其中,数传设备是最新设计的产品,为适应载人航天的需要采用了新的传输体制和新的数字化设计技术。从酒泉到青岛、从新疆到厦门的广阔地域,从亚洲到非洲的国外站,都安装配置了这些设备,并跟随远望号航天测量船游弋在太平洋、印度洋、大西洋上。当中国航天员遨游太空的时候,飞船的工作状态,航天员的脉搏、血压等生理信息,航天员向祖国亲人问好的话音,航天员在飞船舱内工作和生活的画面,通过分布在世界范围的遥测、数传设备接收下来,并源源不断地汇集到载人航天任务指挥控制中心。
  惯导系统:出众的“五官”
  神舟六号飞船和它的运载火箭长征二号F上都安装有高精度的惯性制导系统。它担负着运载火箭和飞船在茫茫太空中的飞行方向、方向速度和所在位置的测量功能,这是航天领域中重要关键技术之一。
  中国航天时代电子公司惯导中心作为惯性器件专业研制单位,分别承担了“神舟”宇宙飞船和“神箭”运载火箭中惯性系统的研制任务。可以自豪地说,我国研制的载人航天惯性制导系统是世界上先进的惯性制导系统。
  惯性系统是飞行器控制和导航的关键设备,能测量飞行器的角速度、加速度、姿态角、速度和位置等参数。自1992年开展研制任务以来,研制设计工作富有成效,在历次飞行任务中,表现出良好的性能和可靠性。在“神舟”宇宙飞船研制中,惯导中心承担了挠性惯性测量组合和手控陀螺的研制及生产任务。
  在“神舟”宇宙飞船的历次发射任务中,都使用了惯导中心研制的挠性惯性测量组合装置。这次在神舟六号返回舱中,安装了惯导中心研制的八表挠性捷联惯性测量组合装置,该惯性测量组合与飞船上的其他控制设备一起构成飞船的控制系统。惯性测量组合在飞船的飞行过程中,敏感飞船在俯仰、偏航和滚动等方向上的旋转角速率及轴向加速度,并将这些信息输出给计算机,实现对飞船的飞行姿态和飞行轨迹的控制,保证飞船能够按照预先设计的飞行轨迹飞行。
  挠性惯性测量组合和手控陀螺,与船上的其他惯性器件构成可靠性冗余系统,通过对惯性测量装置的管理,在出现故障时能做到故障判别、故障隔离和系统的重构,保证飞船和宇航员安全返回。
  平台系统采用了先进的可靠性冗余技术,提高平台系统的工作可靠性。高可靠性惯性平台系统作为运载火箭控制系统中的一个关键和重要部分,在火箭的飞行过程中为控制系统提供火箭的飞行姿态信息,与箭上计算机一起实现对火箭的飞行控制,保证火箭在整个飞行过程中能够按照预定的飞行轨迹飞行。平台系统的性能与精度直接关系到“神箭”运载火箭的飞行轨迹和“神舟”宇宙飞船的入轨精度。
  神舟六号飞船和长征二号F运载火箭所采用的惯性系统形式多种多样,既使用了气浮支承的陀螺稳定平台系统,也使用了挠性支撑的陀螺和加速度计组成的捷联系统,还使用了液浮陀螺的捷联系统,这些都是当今世界上先进的惯性系统,不但精度高,而且都经过各种型号的运载火箭多次飞行任务的考验,更重要的是无论在火箭上,还是在飞船上都分别安装有两套或两套以上的惯性系统,构成高可靠的冗余系统,也就是说,无论哪套系统出现故障,其余的系统仍然能使飞船准确入轨并安全返回地面,保障航天员的生命安全。
    箭载计算机:精密的“大脑”
  在长征二号F火箭和神舟六号飞船上,作为计算机与集成电路科研生产为一体并相互配套的专业研究所,中国航天时代电子公司771所在载人航天工程中,为火箭、飞船和航天员配套研制生产的主控计算机等电子设备近数十台(套)。这些精密的“大脑”,不仅积极营造了航天员在天上舒适的生存空间,而且也为火箭、飞船的安全提供了保障。
  比如,舱载医监设备能够监测航天员在飞行过程中的心电、呼吸、气温、血压等指标,对航天员实施全面有效的监督,使其能够身体健康地返回地面。
  为了研制与以往不同的、更为精细的“大脑”,771所让这一设备可以将检测到的信号通过多种通道传输到不同的地方,使航天医学专家随时了解航天员的生理参数。由于航天员在飞船中血压、脉搏等弱信号的采集比较困难,飞船内的医监设备与一般医用监测仪器相比,在功能、体积、环境上已经有了很大的不同。
  环境控制与生命保障数据处理装置,可以控制返回舱内的氧、氮、压力、温度、湿度、烟火报警、灭火指令等,调节环境参数,确保航天员生命安全。
  飞船适时接收信号、发出信号和飞船内部的指挥,全要依靠船上的控制系统和数据管理系统,771所研制和生产了这一系统的多个关键设备的硬件和软件。同时,根据飞船总体的要求,在研制返回舱主控计算机时,大胆采用新的体系结构,为飞船“一个故障,继续工作;两个故障,安全返回”的自主容错能力提供了保证。
  火箭飞行过程中,计算机不仅仅控制飞行姿态,还控制火箭一、二级在燃料耗尽时脱离箭体的级间分离;火箭点火后,若出现严重故障,为了保证火箭发射场的安全以及飞行轨道沿途群众及重要设施的安全,计算机将在一个限定区域内发出自毁信号,引爆火箭;为使地面测控人员掌握火箭飞行情况,计算机还在飞行过程中持续发送数字量遥测信号。当然,除了对计算机功能的要求,它的可靠性及环境适应性要求也很高。冬天低温可达摄氏零下三十度,夏天摄氏三四十度的高温,以及飞行过  771所研制的新型箭载计算机,利用冗余技术为长征二号F火箭的安全线增加了“砝码”。特别是在火箭故障检测处理系统中,按照火箭总体的要求,成功研制出故障检测处理器。从发射前15分钟到船箭分离,这个处理器就像一只眼睛,严密监视着火箭,对火箭是否有故障进行判断,并根据火箭故障模式的不同,启动逃逸程序向航天员报警。若火箭在上升阶段出现故障,逃逸程序控制器就要发挥作用,使航天员脱离危险区域,安全着陆。

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