“神十五”上的“兰州元素”

2022-11-30 09:12

微重力水平开关

舱内灯

舱门快速检漏仪

仪表板及仪表产品
昨晚，航天员费俊龙、邓清明、张陆3名航天员搭乘神舟十五号飞船在酒泉卫星发射中心成功起航。在这艘飞船上，兰州空间技术物理研究所（即510所，以下简称510所）承担了结构与机构、热控、测控、仪表与照明、环控生保等5个重要分系统中43台套产品的研发制造。
舱门快速检漏仪
守护航天员的出舱路
与空间站顺利对接后，航天员要从神舟十五号飞船进入空间站，其间要经历多次穿舱活动，都需要打开和关闭舱门。维持航天员在舱内生存的气体绝对不能泄露，舱门是否密封良好具有决定性作用，因此精准快速检测舱门的密封性至关重要。舱门检漏仪的作用就是检测神舟飞船的舱门是否达到了密封状态，它通过内部的核心传感系统，感受压力和温度的变化，在很短的时间内判断舱门是否关闭完好，并向航天员提供“舱门已关好，可以脱航天服”的指令。
早期的神舟飞船是整舱加压，通过检测整舱舱压变化来判断舱门的密封性，这种方法虽准确、可靠，但耗时长。510所研发的舱门快速检漏仪实现了对神舟飞船舱门和对接面的快速、准确检漏，填补了国内在该领域的空白。
目前，510所已完成舱门快速检漏仪的产品化工作，形成了固定式和便携式，并具有丰富气路和数据接口的型谱化产品，在具有相似环境的门体或腔体的密封检测领域，具有广阔的应用前景。
舱内/外照明设备
点亮飞天前路
由于“神十五“在轨飞行时会周期性经过地球阴影区，经历长时间的黑暗，因此在与空间站“太空牵手”时的照明问题就非常重要。510所研制的载人飞船舱内照明设备和交会对接照明设备，不仅为航天员提供了舱内工作、生活照明，也为载人飞船与空间站在阴影区的交会对接提供了摄像辅助照明。
为满足空间复杂环境要求，“神十五“舱内照明设备（近距离泛光照明）和交会对接照明设备（远距离透光照明）采用了先进的固态照明光源。这种光源耐冲击、抗振动、功耗低、稳定性高，但受发光材料性能限制，对高温环境和低温环境都比较敏感。因此，510所研制团队进行了长期大量的技术攻关，最终解决了温度问题。在空间环境适应性的难题上，为降低紫外辐照、总剂量辐照、原子氧等空间特殊环境对产品寿命及可靠性的影响，研制团队先后突破了空间二次光学系统设计、在轨抗特殊空间环境设计、敏感器件抗力学环境设计等技术难题。
510所研制的固态照明加固技术在抗辐照方面具有明显优势，还可应用于核电站等有辐照环境的一些特殊工业照明领域中，其加固后良好的抗力学振动能力，也可以满足矿场、轮船等复杂工业环境的特殊需求。
显控、语音、手控仪表
把控“远渡宇宙”航向
作为我国载人航天器仪表设备主要承制单位，510所为神舟系列载人飞船提供了种类丰富的舱内显控、语音、手控等设备。
综合显示单元和时间单元、发声单元、手控左/右面板单元、编码指令等设备分别作为飞船终端显示仪表、终端语音仪表、手控终端仪表和终端控制仪表，为航天员提供了飞船运行过程中的参数显示、语音播报、运动控制指令发送等。在飞船飞行期间，航天员着航天服处于被束缚状态时，手控右舱壁单元和开关指令板为其提供必要的操控界面，并具备声、光反馈功能。
针对神舟飞船任务要求，510所在以上仪表产品中应用了具备高可靠性和高安全性的处理器平台，突破了多项关键技术。其中，最关键的处理器抗辐照加固技术，可以确保高速硬件系统在复杂宇宙射线和高速粒子条件下正常工作。
国际救援示位标、微波重力水平开关
指引航天员回家路
神舟飞船在轨任务结束后，返回舱将带着航天员和下行货物“回家”，如何快速准确地找到返回舱，直接决定着整个任务的成败和航天员的生命安全，这就用到了510所研制的国际救援示位标和微波重力水平开关等产品。
国际救援示位标集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体，具有高定位准确性，可实现紧急状态下救援的可靠性和实效性。返回舱落地后，国际救援示位标会发射无线电“信标”信号，犹如大海中明亮的“灯塔”指引着方向。这种信标信号符合国际通用标准，能够被岸站遍布世界各地的全球海事卫星搜救系统所识别，从而确保搜救人员能够快速找到返回舱。
510所自主研制的微波重力水平开关从神舟七号飞船开始，就成功应用到神舟系列飞船和嫦娥探月等任务中。返回舱的通信天线有两路，由于舱体落地后的姿态是不确定的，为保证通信质量，需要自动接通相对水平面较高的一路天线，同时断开另外一路。与此前的单刀双掷汞开关相比，微波重力水平开关采用了更为先进可靠的电控技术，通过测量天线敏感轴的重力分量，来表征天线敏感轴与水平面的夹角，实现自动切换通信天线方向，技术指标、安全性和可靠性均有优势。
仪表板减振器
保持仪表稳定的必备神器
仪表板作为飞船仪表设备的承重部件，其框架式构型就如同一个“家”一样，不仅为仪表显示设备和主要手控设备这些“兄弟姐妹”提供独立的“私密空间”，而且为它们提供了准确可靠的安装接口。这个“家”通过四个金属橡胶减振器实现与飞船舱壁的可靠联接，它们结构上既有金属的固有特性，又有橡胶的弹性，就像四个“忠诚的软甲卫士”。在飞船发射、飞行和返回过程中遇到巨大的振动、冲击等情况时，这些“软甲卫士”能够为飞船上的仪器设备提供必要的力学工作环境。
同时，在飞船发射和返回过程中，航天员的身体被牢牢束缚在座椅上，无法操作仪表板上各个设备，为解决这一难题，操纵棒应运而生。操纵棒的把手是根据航天员手掌正常抓握状态进行赋型设计的，外部轮廓曲面完美贴合航天员掌心，极大满足航天员操作过程中的舒适度要求。操纵棒的杆体设计采用了可无极伸缩式，航天员可以根据现场条件在一定范围内任意调整操纵棒的长度。同时，杆体采用的高强度碳纤维材料，手感舒适，外观光泽，极具美感。
仪表照明分系统软件
捕捉“太空奇迹”的高新配置
仪表照明分系统的综合显示单元人机交互设备和发声单元的配套软件，通过内总线接收并显示飞船的重要事件信息，向航天员通报顺序飞行事件、紧急事件、进出站事件等显示信息和语音提示，并对特别重要的警示信息进行多重语音提示或突出显示，以确保航天员在轨期间能快速掌握返回舱内外信息。
仪表照明分系统的手控左面板单元和右面板单元、编码指令版、手控右舱壁等设备配套的软件产品向航天员提供必要的操作及控制飞船的相关显示界面，能够高可靠、高实时地刷新显示重要参数，实时响应航天员在轨操作指令，并对异常状态进行有效提示。
仪表与照明分系统的软件产品具备极强的实时性和极高的可靠性，以保证各类故障能够被及时发现并得到妥善处理，对故障状态既不漏报、也不错报，以满足航天员在轨执行任务期间的各类使用场景，为航天员提供全方位保障，确保航天员顺利执行在轨操作，完成在轨任务。
兰州日报社全媒体记者何燕/文 510所供图
责任编辑：王旭伟
来源：兰州晚报

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