神舟九号飞船的升天引发了一连串多米诺骨牌效应:股市上掀起了一轮“航空股”大涨,飞船发射基地酒泉的旅游业呈现暴增,甚至最近,宇航员的服装也成了时尚风向标。
作为承载中国国家尊严的飞船,“神九”一面将《东方红》的音乐在太空中传播,一面以自己的轨道为笔墨,在整个地球的头顶,画出了一幅以宇宙为宣纸的中国画。而与此同时,作为承载中国国家实力的飞船,“神九”从研制到发射,也都选择了一条符合其内涵的国民路线:假如将“神九”比作一副人类身体,那么“中国制造”占了这躯干的很大部分,当“神九”腾空而起,无疑也赐予了广大“中国制造”一个展现、推广并壮大自己的绝佳舞台。
而在这些“中国制造”当中,电子类元器件产品占有相当的比重,它们正如“神九”的脏器和细胞,深入其躯干和肌理,在“神九”的解剖图上,将它们一一用红线标注出来,也便不失为一大益事。
“神九”的大脑和神经:
毋庸置疑,飞船和火箭的控制系统相当于“神九”的大脑,它负责直接下达各种控制“神九”的指令。
在“神九”的飞船、火箭控制系统当中,苏州半导体总厂光电三分厂提供的光耦合器、红外发光管、光敏三极管和LED显示器是相当重要的组成部分。
其中,光耦合器起着电隔离、抗干扰作用;红外发光管和光敏三极管用于记录仪,分别起传输和接收信号的作用,而LED显示器件则用于信号指示灯。它们就相当于“神九”的脑神经,直接参与对大脑指令的控制和传输。
不同于人类脑神经细胞的朝欢夕死,“神九”的脑神经却必须相当过硬,因此,对这些元器件的使用寿命、高温储存和功率老化的时间的要求都极高,它们的“寿命失效率”不得高于10的负7次方,也就是说,器件数乘以工作小时达到1000万件次,损坏的数量不得超过1件。
中枢神经:空间精密导电滑环
神舟九号上有一个核心配件由九江的中国船舶工业第六三五四研究所研制生产,那就是“空间精密导电滑环”。据了解,该配件用在飞船电池翻板与飞船船体的交接处,在飞船旋转状态下起到控制信号和传输功能,是实现航天器两个相对转动机构的信号及电流传递的精密输电装置,能为整个飞船提供源源不断的能源。
神经细胞:场效应晶体管
场效应晶体管,作为电压控制型半导体器件,它也是“神九”体内不可忽视的神经细胞。此次“神九”身上的场效应晶体管由江西联创特种微电子有限公司制造,它们如同汽车上的一个个螺丝,遍布于整个“神舟”发射系统,从地面发射设备到遥感遥测卫星、舰船到飞船,分布于发射系统的各个部位,在人们不能直观看到的地方,它们几十个品种甚至几百个部件组合在一起,保证着飞船遥感、遥测、遥控的安全畅通。
“神九”的四双眼睛:
如果说人类的眼睛只有两只,而其功能也仅限于探视有限距离内和一定明暗条件下的环境,“神九”却有多双“眼睛”,并集中了千里探视、轨道测算、空间碎片监测、定位跟踪、精确搜救等多种功能。
第一双眼睛:空间碎片监测系统
航天器在太空中飞行,一旦遭遇空间碎片的袭击,后果将不堪设想。这些碎片的来源很多,既有完成使命的卫星和运载火箭,还有一些是以前航天员在太空行走时不小心丢弃的手套、工具等物。
为此,中科院南京紫金山天文台空间目标和碎片研究中心的专家组建了一个严密的空间碎片监测系统,承担着“神九”飞天时监控空间碎片的任务。
在“神九”飞天前的一个多月,通过这个监测系统,相关专家就已经对其轨道上,直径在10厘米以上的空间碎片的运行轨迹、在轨情况等进行了全面的监控,选出了数百个可能与飞船交会的空间碎片。经过分析,选择了一条空间碎片相对较少的安全飞行路线。
而在“神九”接下来的太空遨游中,紫台相关专家还将对其运行轨道上可能出现的空间碎片进行全天候的严密“监视”,尽可能搜集更多空间碎片的资料,并计算其精确的轨道,为神九定轨提供观测数据。
第二双眼睛:测控通信系统
监测神舟飞船的设备有光学设备,也有靠无线电波工作的雷达。南京十四所提供的就是后一类产品。
在“神九”发射后,“天眼”雷达就要开启跟踪工作,在之后的飞船动力飞行、入轨、返回等阶段,也都需要它的快速搜索、捕获跟踪,为轨道测算和着陆场提供引导数据。
这些雷达作用高度有多高呢?“反射式跟踪”式雷达探测距离在几百千米,应答式跟踪式雷达能达到数千千米。现在美国的火星探测计划,也是靠这种雷达,跟踪监测火星探测器。神九飞船进入轨道的高度在距离地球200千米~220千米,所以“天眼”雷达能很轻松的“看”到它。
第三双眼睛:CCD标志与定位系统
与此同时,为了能够让“神九”与天宫一号对接时彼此准确找到目标,哈工大与中国航天科技集团五院502所合作攻关,研制成功了CCD标志与定位系统,为天神对接装上了第三双“眼睛”。哈工大主要承担该系统目标标志器与相机滤光片的研制,采用了耐辐照加固设计,保护内部发光器件和光纤面板免受强辐射影响;又采用光学膜层厚度控制的新镀膜工艺,提高膜层质量。
而由北京理工大学雷达技术研究所吴嗣亮课题组研制的交会对接微波雷达信号处理机与微波应答机信号处理机,将全程提供“神九”和天宫一号飞间的定位信息和运动参数测量信息。
微波雷达信号处理机与微波应答机信号处理机分别是神舟九号飞船微波雷达和天宫一号目标飞行器微波应答机的关键部件,用于对雷达和应答机接收前端输出的中频信号进行实时采集与处理,为飞船的导航、制导与控制计算机提供两个飞行器之间的相对距离、速度、角度和角速度。这些位置和运动参数测量信息的获得,依赖于载波多普勒频率和相位差的高精度跟踪测量。
第四双眼睛:天拓一号微小卫星
为确保航天员生命安全,飞船应急搜救是载人航天发射时必不可少的应急措施。在火箭发射前30分钟到起飞后几分钟的时间段内,如发生意外紧急情况,火箭顶端的逃逸塔将迅速启动,将航天员乘坐的飞船从火箭中拉出来逃离险境,然后降落到应急落区。神舟九号飞船的应急落区中包括3个搜救海域,最窄带宽约100公里,最长跨度约4500公里。在如此大的搜救范围内,担负应急搜救任务的船只很难在第一时间到达并进行搜救,必须依靠在落点附近航行的船只提供搜救支援。
5月10日,由国防科技大学自主设计和研制的天拓一号微小卫星发射升空,其装载的星载AIS系统(船舶自动识别系统)覆盖直径达到3000公里以上,能准确提供覆盖范围内的船只名称、位置、航速、航向等数据,为我国现有岸基船舶识别信息系统提供有效补充。在神舟九号飞船发射前后的3天时间内,该校科研人员每天24小时对应急搜救海域进行船只AIS报文侦收,并将数据传送给有关部门,以确保万一飞船发生紧急情况时,进行迅速、及时、准确的搜救。
据了解,天拓一号是国防科技大学自主设计和研制的我国首颗将星务管理、电源控制、姿态确定与控制、测控数据传输等基本功能部件,集成在单块电路板上的微小卫星,也称单板纳星。其主要任务是开展星载AIS(船舶自动识别系统)接收、光学成像、空间环境探测等在轨科学试验。
“神九”的心脏:
在“神九”身体里,武汉海创公司生产的石英晶体谐振器、晶体振荡器、热敏电阻器和压电陶瓷可谓缺一不可。
其中,石英晶体谐振器、晶体振荡器作为频率控制元器件在整机中发挥至关重要的作用,它为整机提供频率信号源或时钟控制信号,犹如人体的心脏,一旦出现问题,会造成致命影响,它是火箭系统及飞行器系统中的重要、核心元器件。其中,晶体振荡器中的温度补偿晶体振荡器是一个频率器,负责天地之间的测控、调整以及人机通讯等作用。
热敏电阻器在整机中起着感温、控温的作用,犹如人体的神经元,在系统控制中起着非常重要的作用,压电陶瓷元件用于运载火箭系统,是火箭的飞行姿态控制部分的核心元件。
海创公司相关负责人表示,此次配套型号和数量明显加大,特别是高难度的器件产品增加,振荡器产品由原来的一种型号增加至20种型号规格,涵盖了时钟晶体振荡器和温度补偿晶体振荡器,配套数量达5000余只。
“神九”的经络:
“神九”与天宫一号手控交会对接是此次发射的重头戏,对接过程非常复杂,人工控制两个高速运转的航天器,难度很大,充满风险。而由长虹集团研发制造的电连接器,承担着导通“天宫一号”和“神九”两个“肌体”经络的角色,将提供可靠的通讯保障,助神舟九号与天宫一号准确对接。
相关专家表示,宇航员身着全封闭的宇航服,进行手动对接的时候显得笨重,在这种情况下,要求电连接器在强振动下保障可靠连接的可靠性,必须达到100%。而此次在轨道运行时间长达十多天,期间电连接器必须保证在高热、低温、高振动冲击和高加速度的环境中正常工作,不容许有任何的信号瞬断。而在太空这种特殊的环境下,气压和温度等因素都会对其功能稳定发挥造成影响,因为真空环境状态,普通材质易蒸发,所以在材料的使用上要求很高。
因此,这小小电连接器,却起到保障实现“天地对话”的作用,它将准确检测到宇航员的生理特征,包括体温、血压、心跳等等,并随时将这些生理数据传给地面,一方面确保宇航员的安全,一方面供航空研发。
据了解,在此次“神九”的飞天任务中,运载火箭、神九飞船、宇航服、天宫一号、发射装置、地面卫星监测装置等环节,也都应用到了长虹电连接器。
“神九”大动脉:
电源系统如同分布在“神九”全身的动脉血管,源源不断地向飞船上各组织各细胞输送电能。
而此次“神九”的电源系统共有3种电源:太阳电池帆板、镉镍蓄电池、应急电池。
其中,应急电池被称为救命电池,一旦飞船发生故障,它能够确保航天员安全返回。“神七”在轨运行期间,航天员吃的饭菜就是由应急电池来加热的。航天员常舍不得用,而且应急电池热饭菜非常慢,热一份饭菜需1小时。当时,3位航天员常常是热一份饭菜3个人一起吃,或者干脆就吃冷的。
而这一次,神九航天员吃上热菜将不再变得奢侈,上海航天技术研究院研制的低轨高压电源系统基本解决了两个联合体在空间运行和工作的大功率用电问题。另外,由于神舟九号在轨运行的时间将达13天,为了能让航天员吃上热饭热菜,研究院还设计出了更加合适的配电方式,用太阳电池帆板持续产生的源源不断的电能来热饭,既节约了加热时间,又给航天员带来电能充足的安全感。
与此同时,在“神九”的电源系统中,还有两种不过火柴盒大小的器件,但其作用相当于电源分系统的“双手”。其一为直流有刷电动驱动电路,可以输送电力,解决飞船对接机构分系统的驱动工作,“天宫一号”与“神九”交会对接过程中的执行动作,都离不开它的支撑,因此是整个对接任务中至关重要的器件;而其二叫步进电机驱动电源电路,主要功能是驱动步进电机,可以调整太阳能帆板的角度,从而利用太阳能为飞船提供电能,确保飞行器各系统的正常工作。
这两种电路的生产厂家,是中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心,为配合“神九”的高标准,此次他们对这些芯片进行了上百次的模拟和验证试验,并模拟过太空中可能出现的温度、湿度、电离辐射等环境。
“神九”的耳朵:
作为“神九”的耳朵,飞船上的送受话器组由江西联创电声有限公司制造。
事实上,早在神舟五号飞船中,我国第一个飞上太空的“航天英雄”杨利伟就佩戴该公司生产的送受话器组,从太空中传回清晰洪亮的声音,发回珍贵的科研信息。而神舟六号飞船宇航员费俊龙、聂海胜所佩戴的送受话器组,质量和性能等更为先进。
此次“神九”同样是采用国营第4380厂生产的送受话器,但送受话器的技术含量更高、更精湛。
“神九”上的一些其他中国制造:
哈尔滨晶体管厂:共为“神九”配套了六大系列12个品种共1189只元器件,这些元器件主要用于运载火箭和飞船上的遥感遥测系统、计算机电源系统、惯导系统、雷达系统、姿态控制系统、回收系统、USB数据传输系统、轨道舱供电系统、飞船通信系统、太阳能电池一次供电系统、逆变电源二次供电系统、高频电源系统及多模态微波遥感器的电源和电源分系统当中。
宁波信远公司:火箭发动机用膨胀石墨密封圈和复合石墨密封圈
烟台513所:仪表控制器、数管远置单元、热控控制单元、环控检测装置、调理电路、快速断接器等22台电子产品、6套机构产品的研制任务,涉及数管、热控、仪表、环控、医学试验、结构机构等近十个分系统。
中国电子科技集团公司第十研究所:“时统设备”和“TO控制台”
荆州市广兴通讯科技有限公司:回收场提供通讯系统
航天九院西安分院:中继用户终端、天线网络、仪表控制器应用软件的研制任务
石家庄铁道大学:三维可视化系统平台
武汉造船厂:制造将神九飞船火箭芯一级、二级及四个助推器进行组装的操作平台、总装测试厂运输火箭的大门以及火箭推进设备中的总承
襄阳四十二所研制:航天员医疗监生化检测组件
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