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温湿度实时监测设备保护空间站核心舱,确保舱内环境时刻安全稳定
2021-05-02行业资讯

4月29日,长五B火箭发出一声长啸,在中国文昌航天发射场拔地而起,将天和核心舱准确送入预定轨道。

天和核心舱上遍布核心舱数管分系统、GNC分系统、推进分系统、测控通信分系统、总体电路分系统、环控生保分系统、航天员分系统、舱外服系统等。它们如同一个个忠诚的“卫士”,守护着核心舱的稳定运行和航天员的生命安全。

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长五B火箭转运 中国航天报记者 宿东 摄

环控生保系列设备:守护航天员的生命安全

核心舱在轨运行期间,必须对舱内的温湿度、空气压力等进行实时监测,确保舱内环境时刻安全稳定。这就要依靠九院提供的多种环境测量设备发挥作用。

704所为环境控制与生命保障系统研制的智能设备主要用于测量舱内空气总压、温湿度、微重力环境。

其中,结构泄漏监测测量仪不仅能够监测舱内气体压力是否正常,还能根据舱内气体压力变化,判断载人舱是否有气体泄漏,为航天员提供预警提示,保护空间站平台安全和航天员生命安全。而微重力测量仪和微重力传感器则用于监测舱内的微重力环境,为微重力流体物理与燃烧科学、微重力基础物理等科学实验提供重要数据支撑。

704所项目研制团队经过近10年的攻关,突破了空间高可靠谐振式压力测量、高精度微重力测量、空间环境测量系统网络构建等关键技术,为实现航天器智能感知、自主飞行进行了有益探索。

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704所科研一线

771所为环控生保系统研制的中心计算机,是该系统的核心设备。它的主要作用是时刻接收、执行并分配系统任务,同时收集、传递舱内环境工程数据,可以说是系统中的“大脑”。

与此同时,771所还为环控系统配备了出舱控制器、饮水供应控制器、手控控制器、坐便器内部控制器和大小便收集控制器等多个重要器件。

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771所本次任务宇航团队成员

环控生保分系统中,693厂为电解制氧装置子系统生产的电缆网产品,肩负着传达舱内环境控制指令的重要使命。各项指令通过电缆网进行传输,确保电解制氧装置正常运转,各项指令精准、高效传达,为“天和”核心舱内供应氧气、去除二氧化碳,使航天员在太空生活得到保障。

不仅如此,693厂为微量气体检测装置子系统、微量有害气体去除子系统、水处理子系统提供的电缆网产品,如同铺设的一条条“高速公路”,确保核心舱各项生活设施正常运转,满足航天员在空间站的正常生理活动。

常规医监设备:航天员的贴心“小护士”

在太空中,航天员的身体健康状况极为重要。在天和核心舱上,安装了很多监测航天员身体状况的医学监测设备。这些常规医监设备由771所负责研制生产的,可为航天员在长期飞行中的生理健康状态和功能提供全面有效的医学监督和保障。

例如,无线生理信号检测装置负责监测航天员的心电、呼吸、体温;睡眠监护仪通过采集航天员睡眠时产生的生理信号,为航天员睡眠质量做定期评价提供数据;此外还有采集航天员常规心电、运动心电等多种状态的动态心电监测仪;监测航天员各项血液动力学参数的无创血液动力学监护仪等。

数据处理设备:核心舱的“数据管家”

安装在数据管理分系统中的核心处理单元、数据复接器和低速遥测编码单元,承担着数据处理的重要任务,就像是核心舱上的“数据管家”。771所的研制团队亲切地把它们称为核心舱的“数管三兄弟”。

在核心舱执行任务时,核心处理单元负责源源不断地将整船状态、指令和请求、地面站的遥控命令,以及关键事件等其他内容信息收入囊中,经过有序地分类、识别、处理和重组,一边向对应单机发布命令、接收结果,另一边继续源源不断地将一包包丰富的数据送回地面站,时刻向地面传送宇宙的奥秘,汇报着核心舱和航天员们的工作状态。

而704所为数据管理分系统研制的数据存储服务器,负责存储空间站内各种运行设备的运行关键参数、健康管理数据、监控数据等关键数据。它可以随时为航天员和地面测控系统提供数据检索服务。

比如航天员需要对设备进行维修时,可以通过服务器查询需要被维修设备历史上的关键运行参数,为航天员提供维护数据和维修策略。

该设备首次实现了在轨数据备份功能,也是国内首类多功能数据服务设备。

团队成员按照地面数据中心的思想进行设计,让多台设备间定期进行数据备份。数据存储服务器一旦遇到故障,在切换主备机时,就可以保证数据不丢失,有效保护了核心舱的数据安全。

在研制过程中,704所的项目团队攻克了多个关键技术,实现了针对各类数据应用服务的能力,极大提高了设备在轨运行的可靠性,有力保证了长寿命运行的要求。

高可靠SPARC处理器:核心舱上的“芯大脑”

772所自主设计的高可靠SPARC处理器BM3803作为星载计算机的“大脑”,为核心舱提供了稳定可靠的控制能力,为载荷任务管理、网络管理、核心处理、热控管理、姿轨控制、数管综合管理等多个分系统提供了高可靠、高性能任务管理和控制。

同时,该所还为核心舱的环控生保系统、热控系统、推进系统等10多个分系统配套了处理器、FPGA、AD/DA、1553B总线、大容量SRAM存储器、专用ASIC集成电路等32款7100余只集成电路,为空间站核心器件国产化提供全方位支撑。

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772所封装测试生产线

频率综合器:整舱标准信号的“心脏源”

频率综合器属核心舱测控分系统,主要是为核心舱内遥测设备、数管分系统、图像编码器等多种电子设备提供多种频率、多种波形的高稳定度时钟及频率基准信号。

由于需要频率综合器信号的设备众多,因此,频率综合器无疑就是整舱时间标准信号的“心脏源”及“基准源”,只有心脏正常跳动才能保证其他设备有效运作。

539厂为“天和”研制的频率综合器设计工作寿命为十余年,将首次面临在轨长期工作的考验。

为确保长寿命工作,研制人员对关键器件进行了专项可靠性提升,有效确保了产品质量。设计时,研制团队还考虑到了在轨可维修的手段,通过多轮次的评估,实现了可以让航天员在轨进行整机更换维修,最大可能地保证产品在空间站长时间有效使用。

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539厂科研一线

推进类产品:让飞行更可靠

在核心舱密封舱内,有一个重要设备,它管理着推进分系统的温度、压力、燃料储量和工作状态,同时发送、接收数据并注入指令。

同时,它还能够根据推进遥测线路盒与数管发送的温度参数,对系统相关管路、机组加热器进行控制,确保系统各个模块处于安全温度点,并对推进与补加系统故障进行自主诊断,按照处理策略对故障进行处置。这就是539厂提供的推进管理器。

不仅如此,为了让天和核心舱在宇宙中的飞行更加安全可靠,539厂还为核心舱推进分系统研制配套了推进遥测线路盒、电机驱动器、电推进子系统控制器等多个推进类产品。它们如同一个个“卫士”,时刻守护着推进系统的安全稳定。

惯性测量装备:让核心舱的飞行姿态更稳健

惯性测量设备的主要作用是测量舱体的惯性姿态角速度和线加速度,为“天和”在轨稳定运行和实现精确交会对接提供重要参考信息。作为工程的参与者,13所为空间站GNC分系统研制生产的惯性测量设备光纤IMU是经过百余位研制、生产人员精益求精,数年持续攻关而打造出的精品。

13所还为天和核心舱提供了两型石英挠性加速度计,分别用于天和核心舱舱内微振动环境的实时监测以及“天和”太阳翼微振动实时监测。

这两型石英加速度计具有启动快、精度高、可靠性高、性能稳定、环境适应性好、测量动态范围宽等优点,能够满足国内宇航领域对新一代高精度、高可靠性、高稳定性惯性仪表的需求,具有自主知识产权,技术水平属国内领先、国际先进,是完成天和核心舱长时间在轨飞行需求而研制的核心加速度计传感器。

此外,16所(7171厂)研制的二浮陀螺仪是空间站控制分系统最为重要的单机之一,直接影响控制系统的姿态控制精度。773所还为“天和”配套了舱外作业用矩形电连接器、舱外射频连接器、舱外光纤连接器、大功率直流接触器等多款重要产品。

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