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慣測小分隊 “掌握”加速度

文章來源:中國航(hang)天(tian)科(ke)工集(ji)團有限公司   發(fa)布時(shi)間:2021-12-17

“嫦娥(e)(e)五號(hao)”圓滿實(shi)現月球(qiu)軌道下(xia)的首次(ci)自動交會(hui)對接,順利攜帶月壤標本返回探測(ce)器(qi)。一(yi)路以穩定可靠的表(biao)現為(wei)嫦娥(e)(e)五號(hao)提供高精(jing)(jing)度加速度信息,為(wei)這次(ci)交會(hui)對接穩住速度的是中國航天科工三院(yuan)研制的高精(jing)(jing)度加速度計組合(he)、石英撓性加速度計及I/F轉換電路組成(cheng)的“慣測(ce)小分隊”。

中(zhong)國航天科(ke)工有(you)關專家表示:“要實(shi)現(xian)自動交會對接(jie),需要以非(fei)常精(jing)(jing)確的(de)(de)控(kong)制來確保軌道返回組(zu)合(he)體與上升(sheng)器(qi)之間的(de)(de)相(xiang)對速(su)(su)度(du)盡可能(neng)小,而加速(su)(su)度(du)反映的(de)(de)恰(qia)(qia)恰(qia)(qia)是(shi)速(su)(su)度(du)變化的(de)(de)情(qing)況。交會對接(jie)時的(de)(de)加速(su)(su)度(du),只有(you)探測(ce)器(qi)升(sheng)空過程中(zhong)最大(da)加速(su)(su)度(du)的(de)(de)千萬分之一(yi)量級,高精(jing)(jing)度(du)加速(su)(su)度(du)計組(zu)合(he)能(neng)夠實(shi)現(xian)微小加速(su)(su)度(du)的(de)(de)精(jing)(jing)準測(ce)量。”

換言之,有了這支“慣測小分隊”的助(zhu)力,這次38萬公里外的 “太空牽手”才不會“擦(ca)肩而過”。

加速度計組合研制人員正在進行測試試驗

組合“隊長” 帶著“坐墊”去遠行

此次交會對接(jie)階段,主要實施加速度(du)測(ce)量(liang)的(de)高精度(du)加速度(du)計(ji)(ji)組(zu)合是這(zhe)支(zhi)“慣測(ce)小分(fen)隊(dui)”中的(de)“隊(dui)長”,這(zhe)已(yi)經是它第(di)三(san)次陪伴“嫦娥”遠赴月宮。為了能夠給“嫦娥”提供高精度(du)、高可靠(kao)的(de)測(ce)量(liang)表(biao)現,組(zu)合采(cai)用(yong)了獨特的(de)冗余設計(ji)(ji)方(fang)案,任務可靠(kao)度(du)可達0.999983,曾以(yi)完美的(de)表(biao)現助力“嫦娥三(san)號”、“嫦娥四號”任務圓滿成(cheng)功。

“此次任(ren)務,組合主要承擔探測(ce)器(qi)在地月(yue)(yue)轉移、環月(yue)(yue)飛(fei)(fei)行(xing)、月(yue)(yue)球軌道交會對(dui)接和月(yue)(yue)地轉移階段(duan)的(de)平動加速度(du)(du)測(ce)量,以實現對(dui)探測(ce)器(qi)沿軌道飛(fei)(fei)行(xing)和交會對(dui)接過程(cheng)中平穩、準確的(de)機動控制。” 三院(yuan)33所高精度(du)(du)加速度(du)(du)計組合主任(ren)設計師于華男介紹(shao)說。

為(wei)了這(zhe)一(yi)(yi)次(ci)“遠行(xing)”,研制團隊特地為(wei)組(zu)合產(chan)品增加了新部(bu)件(jian)——內(nei)部(bu)減振(zhen)器(qi)。由于(yu)此次(ci)飛行(xing)對(dui)組(zu)合的(de)抗沖(chong)擊特性提(ti)出了更高的(de)要求(qiu),增加內(nei)部(bu)減振(zhen)器(qi)就像是給組(zu)合增加了一(yi)(yi)組(zu)吸振(zhen)隔(ge)振(zhen)的(de)“坐墊(dian)”,有(you)了這(zhe)些“坐墊(dian)”的(de)加持,即使外(wai)界環(huan)境存在(zai)較大的(de)沖(chong)擊和振(zhen)動,加速度計組(zu)合仍能在(zai)相(xiang)對(dui)穩定的(de)環(huan)境下正常工(gong)作。

然而,減(jian)振(zhen)(zhen)器(qi)的(de)(de)設計(ji)(ji)和安(an)裝可(ke)不(bu)(bu)像加“坐墊(dian)”那樣簡單(dan)。三院33所設計(ji)(ji)師(shi)付繼波(bo)介紹說(shuo):“減(jian)振(zhen)(zhen)器(qi)安(an)裝在組合(he)(he)的(de)(de)多個位置,就像是(shi)墊(dian)在了柜子(zi)的(de)(de)四角,受到沖(chong)(chong)擊時(shi)各減(jian)振(zhen)(zhen)器(qi)的(de)(de)變(bian)形(xing)量(liang)存在微(wei)小(xiao)差別,‘墊(dian)子(zi)’不(bu)(bu)等(deng)高了,加速度計(ji)(ji)組合(he)(he)就會發生轉(zhuan)動(dong),即使是(shi)非常微(wei)小(xiao)的(de)(de)轉(zhuan)動(dong)也(ye)會對(dui)測量(liang)精(jing)度帶來很(hen)大(da)的(de)(de)影響。”為盡可(ke)能消除轉(zhuan)動(dong)變(bian)形(xing),團隊用兩個多月的(de)(de)時(shi)間進行了大(da)量(liang)的(de)(de)沖(chong)(chong)擊試驗(yan),徹底摸清減(jian)振(zhen)(zhen)器(qi)在不(bu)(bu)同位置、不(bu)(bu)同沖(chong)(chong)擊條件和不(bu)(bu)同安(an)裝方式下的(de)(de)形(xing)變(bian)量(liang),最終將(jiang)形(xing)變(bian)量(liang)控(kong)制在了角秒(miao)級,確保組合(he)(he)測量(liang)精(jing)度不(bu)(bu)受影響。

“金牌搭檔”保障全程加速度

“小分隊”中的石英撓性(xing)(xing)加速(su)度計和I/F轉換電路是一(yi)組“金(jin)牌搭檔”,在此次任(ren)務(wu)中,這對“金(jin)牌搭檔”“承包”了“嫦娥五號”月宮之(zhi)旅全(quan)程各關鍵(jian)階段的加速(su)度測量任(ren)務(wu)——不僅在高精度加速(su)度計組合產品中應(ying)用,還在著陸上升組合體和返(fan)回(hui)器(qi)的IMU(慣性(xing)(xing)測量單元)中扮(ban)演關鍵(jian)角(jiao)色。

石英撓性加速度計生產現場

作為加速度測量的(de)核心器件,這對搭(da)檔可謂是功(gong)勛神器,曾先后助力(li)神舟(zhou)系(xi)列飛船的(de)11次(ci)飛行(xing)任務和“天(tian)舟(zhou)”“嫦(chang)娥三號(hao)”“嫦(chang)娥四號(hao)”任務,連戰連捷;I/F轉(zhuan)換電路(lu)還以其高可靠性、高精度的(de)測量信號(hao)轉(zhuan)換能(neng)力(li),在長(chang)征四號(hao)、長(chang)征六號(hao)系(xi)列火箭和新一(yi)代載人飛船試驗船返回艙中成功(gong)應用。

石(shi)英撓性加(jia)速(su)(su)度(du)(du)計(ji)(ji)(ji)(ji)是敏感(gan)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)的關鍵傳感(gan)器,I/F轉(zhuan)(zhuan)換電(dian)路則能夠將加(jia)速(su)(su)度(du)(du)計(ji)(ji)(ji)(ji)輸出的電(dian)流(liu)信號(hao)轉(zhuan)(zhuan)換為適合計(ji)(ji)(ji)(ji)算機處理的數字(zi)脈沖(chong)信號(hao)。由于在探測器的不(bu)同(tong)(tong)部分承擔的任務各不(bu)相同(tong)(tong),研制團隊分別為加(jia)速(su)(su)度(du)(du)計(ji)(ji)(ji)(ji)配備了不(bu)同(tong)(tong)量程的I/F轉(zhuan)(zhuan)換電(dian)路。“信號(hao)轉(zhuan)(zhuan)換的過(guo)程就像(xiang)是用(yong)天平(ping)和砝(fa)碼給信號(hao)‘稱重’,加(jia)速(su)(su)度(du)(du)變(bian)化量大(da)(da)電(dian)流(liu)信號(hao)變(bian)化量也大(da)(da),則需(xu)要(yao)使用(yong)大(da)(da)的‘砝(fa)碼’,” I/F轉(zhuan)(zhuan)換電(dian)路主任設(she)計(ji)(ji)(ji)(ji)師趙洪利這樣(yang)比喻。

在(zai)交會(hui)對(dui)(dui)接和(he)軌道控(kong)制(zhi)(zhi)過程(cheng)中,軌道器加速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)變化(hua)量(liang)不(bu)大(da)(da)(da),團隊采用(yong)(yong)小(xiao)量(liang)程(cheng)的(de)(de)轉(zhuan)換電(dian)路,能夠在(zai)同等條件(jian)下(xia)提供更高精度(du)(du)(du)的(de)(de)加速(su)度(du)(du)(du)測(ce)量(liang)信(xin)息,以實(shi)現對(dui)(dui)探測(ce)器更加精準的(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)(zhi);而在(zai)月面著陸(lu)和(he)返回再(zai)入階段(duan),加速(su)度(du)(du)(du)變化(hua)量(liang)大(da)(da)(da),則(ze)采用(yong)(yong)“砝碼較大(da)(da)(da)”的(de)(de)大(da)(da)(da)量(liang)程(cheng)轉(zhuan)換電(dian)路,滿足對(dui)(dui)加速(su)度(du)(du)(du)信(xin)息的(de)(de)完整覆蓋,確保“嫦娥”飛行(xing)全程(cheng)的(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)變化(hua)盡在(zai)掌握。

【責任編輯:家正】

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