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三院33所石英挠性加速度计完美助力“天舟一号”飞行任务
送交者: 古宇庙 2017年04月21日11:38:00 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

三院33所石英挠性加速度计完美助力“天舟一号”飞行任务

日期:2017-04- 21



      随着“天舟一号”发射任务的顺利完成,重要部件石英挠性加速度计的“功劳簿”上又增添了浓墨重彩的一笔,这个由中国航天科工三院33所研制的功勋产品继助力神舟飞船历次飞行任务、嫦娥系列飞行任务之后,又以稳定的表现为“天舟一号”与“天宫二号”的准确对接提供了重要技术保证。

此次搭载的石英挠性加速度计共有两大使命:首先,作为“天舟一号”货运飞船光纤IMU(惯性测量单元)的重要组件之一,将主要用于测量飞船飞行过程的线加速度,为飞船确定自身方位提供信息;此外,该产品还是“天舟一号”微重力主动隔振平台关键技术验证的重要组件,将对载荷六自由度的空间运动作精确测量,帮助平台精准消除振动。

千锤百炼打磨功勋“神器”

石英挠性加速度计是一种通过敏感石英摆片相对位置变化来检测加速度的精密惯性传感器,通过计算可以准确获得系统的速度和位置,为各类系统的导航、制导、控制、调平等提供精确的加速度测量信号,已广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、石油、岩土工程等诸多领域。

“加速度计能够帮助测量速度、位置等重要信息,为飞行和交会对接提供必要的实时数据。”石英挠性加速度计主任设计师魏超介绍。

作为一款“久经沙场”的“宿将”,“天舟一号”上搭载的石英挠性加速度计与我国历次飞天任务渊源已久,从“神舟一号”到“神舟七号”,石英挠性加速度计成功为飞船返回舱提供了精确的测量;从“神舟八号”到“神舟十一号”,作为高精度石英挠性加速度计组合的核心器件,石英挠性加速度计身兼数职,为交会对接提供速度增量测量、为飞船姿态控制提供微重力测量、为飞船返回舱提供速度测量等;在已经完成的嫦娥3号飞行任务和即将开展的嫦娥5号飞行任务中,它都是不可或缺的重要产品,以其稳定的表现提供精准的测量数据。

根据魏超的描述,太空之旅固然浪漫,但是随着高度的增加,空气将越来越稀薄,大气压力也将越来越低,最终将接近于真空。为了保证正常工作,石英挠性加速度计身体内部密封了一个大气压的工艺气体,而在真空环境下,石英挠性加速度计内部的气体会向外泄漏,随着内部压力的降低,石英挠性加速度计的测量精度也将下降。因此,为了保证交会对接高精度的测量要求,必须对石英挠性加速度计实施密封,即给石英挠性加速度计穿上一套密不透风的“外衣”,防止内部气体在真空环境下的泄漏。在通过对各种胶接剂的性能对比考核试验、胶接剂的成分配比反复验证,最终确定了石英挠性加速度计密封外衣材料用的胶接剂,并进行了精心的结构设计。为了充分保证密封的可靠性,又模拟太空使用环境,对这件密封外衣进行了振动、冲击、热循环、热真空等严酷试验的考核,经过千锤百炼的石英挠性加速度计密封外衣终于问世,为石英挠性加速度计真空环境工作提供了一个坚实的屏障。

这一难题的攻克,让原本就具有国内第一精度的石英挠性加速度计完全具备了遨游太空的资本,但这还不够!

为了给“天舟一号”提供最可靠的产品,33所技术人员在8个月的时间里,对产品进行了温度循环、振动冲击、低气压、离心实验等苛刻的试验验证。魏超表示:“温度循环需要技术人员昼夜接力测试一周以上,精度测试要反复开展20遍以上,我们必须用最严苛的手段筛选出综合性最优的产品来。”

优势显著胜任精微测量

此次搭载“天舟一号”飞天的,还有一套服务于我国未来实验室上有着高微重力水平要求的空间科学实验载荷的支撑平台--空间微重力主动隔振平台。

它采用磁悬浮主动隔振技术,通过测量平台的振动,利用一定的手段防止振动影响,为流体物理与燃烧、空间基础物理、空间材料科学、空间生命科学和生物技术等学科的微重力科学实验提供实验环境保障。

评价平台隔振性能好坏的主要技术指标是空间科学试验载荷的微重力加速度大小,为使其达到理想的微重力加速度水平,要对载荷六自由度的空间运动作精确测量,石英挠性加速度计当仁不让。

微重力测量有多难?魏超举了一个例子,如果是重力环境下测量加速度的难度好比是观测一个铁球砸在地上产生的影响的话,那么微重力测量几乎就等同于观测一根头发丝掉在地上产生的影响,其精度往往是μg(微g)级别的,对产品的性能提出了极高的要求。

此外,石英挠性加速度计还具有低噪声的优势,也就是说输出的信号中干扰因素比较少,这将有助于系统更加快捷准确地提取关键数据。

为了说明加速度计的作用,魏超作了一个假设:假如没有石英挠性加速度计提供的数据,隔振平台就“不知道”该化解多大的振动影响,平台上的相关实验就没法顺利开展。

近年来,随着空天飞行任务的不断开展,长期在轨飞行对长期稳定性、长期密封性等提出了更高的要求,随着技术的不断突破,不远的将来,石英挠性加速度计将有望在更加宏伟的空天探测任务中再次带给人们新的、更大的惊喜。(文/唐新培 魏超)


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