天和核心舱这六个“秘密武器”510所造

2021-04-30 09:40

天和核心舱这六个“秘密武器”510所造

群策群力。 510所供图
　信息兰州网4月30日讯（掌上兰州·兰州晨报首席记者武永明）在“天和”任务中，中国航天科技集团有限公司五院510所聚力研制的主动电位控制子系统、机械臂操作台、舱门快速检漏仪、空间站综合显示单元、音频单元、照明设备、空间站用电源等产品，将在空间站天和核心舱中发挥重要作用，成为航天员的“秘密武器”。
1 航天员的“金钟罩”——主动电位控制子系统
我国空间站采用高压电池阵，在电离层等离子体环境中其主体结构将产生最高约-100V的电压，航天员出舱活动时，犹如工作在“高压电线”上，生命安全受到极大威胁。主动电位控制子系统就是将空间站结构电位控制在安全电压范围内，保证航天员出舱时的生命安全，是空间站建设必须解决的核心关键技术。
主动电位控制子系统集成了空间电位测量、电位控制、在轨诊断等新技术，涉及多学科，510所集中优势专业成立研制队伍，突破了空心阴极大电子束流发射、电位探头伸杆结构优化和绝缘隔离、故障的实时诊断，微小气体流量控制技术，发明了测控一体的卫星结构电位主动控制系统，可将空间站结构电位控制在-37V，性能指标优于国际空间站的-40V，达到国际先进水平。
2 空间机械臂系统的大脑——机械臂操作台
空间机械臂是我国进行空间站建造、运营和维护的重要工具，无论是自主运行还是在轨、抑或地面遥控，都离不开510所研制的机械臂操作台。
机械臂操作台是空间站机械臂的管理中心，它一头管理着机械臂、一头联系着航天员与地面测控中心，由3台电子类设备、2台机电类设备和1台机构类设备组成。机械臂操作台提供了主从异构型的交互模式，丰富了我国航天员在轨人机交互的方式，解决了航天员对空间机械臂的有效操控和直接监测。
机械臂操作台基于国产计算平台研发，实现了在计算资源受限情况下的并联机构闭环控制、空间矢量控制、系统微振动抑制等对实时性要求苛刻关键技术的突破，整体指标达到了国际先进水平。
3 航天员的“显示器”——综合显示单元
综合显示单元承担空间站、货运飞船重要参数显示、报警信息处理及手控指令的发送、在轨维护等任务，配备12.1英寸液晶显示屏，是一台集图形显示、语音通报、灯光报警驱动、指令发送、触摸操作、多总线通讯等多功能于一体的新一代航天仪表设备。
针对空间站任务对仪表设备运算数据量大、操作任务复杂等特点，设计采用高性能处理器平台，是我国载人航天任务中的首次应用。为确保在复杂宇宙射线和高能粒子条件下高速硬件系统正常工作的能力，研制组开展了上百次仿真和实物验证试验，解决了高速电子线路抗辐照加固的难题。航天员着舱内航天服时，无法操作常见的电容式和电阻式触摸屏，为此研制组设计了具有自主知识产权的GUI系统，开发了适应空间环境的红外触摸屏，使之不会出现死机、蓝屏等现象。
4 空间站的门神——舱门快速检漏仪
空间站服役期内，舱门是否密封良好对保障航天员生命安全至关重要，因此需精准快速检测舱门的密封性。空间站舱门快速检漏仪即是在完成舱门关闭后对舱门和对接框密封面进行快速漏率检测的机电一体化设备。
舱门在关闭后，舱门快速检漏仪利用门体上的两道密封圈与门框之间形成的小空间，通过向小空间内充入一定量的检测气体，监测其压力变化来判断舱门的密封情况，能够将气体压力采集精度控制在十几帕，确保了快速检漏结果的准确性。如发生泄漏，舱门快速检漏仪会立刻发出报警指示。
5 航天员的语音设备——音频单元
音频单元作为空间站中唯一的外放式音频设备，可以支持多类型、多通道音频终端的输入输出，可以接收整个空间站的报警信息实现对航天员的语音报警提示，还能实现航天员与地面的天地电话，实现多舱状态下各舱段航天员之间及地面测控中心的会议通话功能，为航天员在轨通话提供了多种模式。
为适应空间站任务的变化，空间站音频单元软件可以进行在轨升级。软件研制团队提出了软件三级加载方案，确保在最恶劣的情况下，软件不会“死机”。空间站音频单元还具有免提通话功能，为了保证语音播报质量及通话效果，研制组自主开发了回声抑制算法、自激抑制功能，并优化了声腔结构，解决了声学设备容易出现的回声抑制、自激啸叫等问题。
6 航天员的太空家居照明体验——空间站照明设备
510所承担了天和核心舱大部分照明产品研制，配套照明类产品共计12种60余台（套），其中全新设计的照明产品主要包括情景照明产品、便携照明产品和舱外泛光照明产品。
舱内情景照明产品包括通道照明、生活照明、阅读照明、维修用头灯、照明控制器等6类30余台产品。这是我国首次在空间飞行器上应用情景模式可调照明技术，也是全球首次在大型载人航天器内部全范围应用情景照明技术。
由于航天员长期在轨生活，以前载人飞船单一的照明模式会造成航天员工作效率降低，生物钟紊乱以及睡眠障碍等问题，情景照明产品通过对色温、亮度、照明区域的可控调节，解决上述问题。
空间站便携照明设备主要用于舱外精准维修照明和舱内母线掉电时航天员转舱或逃逸的应急照明，目前在国外空间领域并无同类产品。满足了在舱内、舱外工况下连续工作6小时的苛刻需求，也是国内首次将锂电池应用于舱外便携式产品设计中。

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