航天器儀表與照明分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和發(fā)展

郭衛(wèi)國

（中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094）

0 引言

儀表照明系統(tǒng)是將載人航天活動(dòng)中最核心的要素——飛行器和航天員緊緊聯(lián)系在一起共同完成使命的紐帶，是為保障飛行過程可靠、安全和支持航天員高效完成在軌飛行任務(wù)而設(shè)置的系統(tǒng)。

隨著航天技術(shù)以及航天員參與任務(wù)程度的發(fā)展，我國載人航天器儀表照明系統(tǒng)也相應(yīng)經(jīng)歷了以下3個(gè)發(fā)展階段：

第一階段適應(yīng)于驗(yàn)證基本有人參與航天技術(shù)的任務(wù)目標(biāo)，為航天員完成對(duì)航天器飛行狀態(tài)的觀察和簡(jiǎn)單的操作提供支持，已于載人一期工程中實(shí)現(xiàn)。

第二階段適應(yīng)于天地往返運(yùn)輸以及掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)等目標(biāo)，為航天員操縱、控制航天器的飛行以及處理飛行器故障提供支持，達(dá)到完整服務(wù)于人控飛行的目標(biāo)，已在載人二期工程中實(shí)現(xiàn)并處于應(yīng)用階段。

第三階段為航天員在軌完成各類空間科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)任務(wù)，乃至空間生產(chǎn)、加工和開發(fā)提供支持，達(dá)到服務(wù)于空間應(yīng)用的目標(biāo)，目前正隨載人三期工程開展調(diào)研論證及設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

1 一期儀表與照明分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

天飛行試驗(yàn)，經(jīng)過十多年的技術(shù)開發(fā)、數(shù)據(jù)積累和試驗(yàn)驗(yàn)證，逐步形成了具有中國特色的有人航天飛行器系列。經(jīng)過一期工程多艘飛行器的設(shè)計(jì)研制和飛行試驗(yàn)，相繼實(shí)現(xiàn)了有人飛行、多人多天飛行以及出艙活動(dòng)一系列重大技術(shù)突破。

此階段分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)任務(wù)需求分析，設(shè)計(jì)劃分了顯示、手控和照明子系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)了為航天員提供飛行器信息功能、手動(dòng)操作控制功能以及艙內(nèi)、外活動(dòng)照明支持。

1.1 顯示子系統(tǒng)

顯示子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主-從式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)通過信息處理系統(tǒng)后發(fā)送到顯示終端。“從”信息處理顯示系統(tǒng)接收“主”系統(tǒng)發(fā)送的信息，為航天員提供更為豐富的信息顯示，并便于航天員在飛行器內(nèi)被束縛的情況下盡可能全面、便捷地監(jiān)測(cè)到飛行器各類重要信息。

為適應(yīng)力、熱及電磁等空間環(huán)境，飛行器計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)通常主要使用已在軍工產(chǎn)品中廣泛使用的 80C32等芯片。一期顯示子系統(tǒng)經(jīng)過充分的地面考核和驗(yàn)證，主信息處理系統(tǒng)使用 PC104芯片，核心處理速度達(dá)33 MHz，并通過雙機(jī)熱冗余設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在軌可靠工作。同時(shí)，輔助顯示系統(tǒng)使用80C32芯片，與主系統(tǒng)采用主-從式架構(gòu)設(shè)計(jì)，

我國自20世紀(jì)90年代末開始有人參與的航基本滿足了一期飛行器信息處理需求和在軌可靠性要求。

受當(dāng)時(shí)國內(nèi)技術(shù)、工業(yè)水平等的限制，顯示終端主要使用國外進(jìn)口的液晶顯示屏組件，其對(duì)空間適應(yīng)能力不強(qiáng)、可靠性較低且內(nèi)部設(shè)計(jì)不透明，在使用中困難較多。同時(shí)由于進(jìn)口器件的限制，極大地制約了顯示終端的能力提升和后續(xù)發(fā)展。此階段后期，分系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)研和分析，與相關(guān)技術(shù)方開展了技術(shù)合作和攻關(guān)，最終成功搭載驗(yàn)證了國產(chǎn)空間液晶顯示終端。

1.2 手控子系統(tǒng)

一期手控子系統(tǒng)各操作控制內(nèi)容主要通過在各操作面板上設(shè)立各類按鍵、撥鈕和開關(guān)等來實(shí)現(xiàn)操控指令輸出的功能。操控指令安全性要求較高，因此各操作界面、指令鏈路等對(duì)應(yīng)進(jìn)行了冗余備份、防誤操作設(shè)計(jì)，在操作界面設(shè)置清晰明了的提示，并對(duì)應(yīng)航天員操作設(shè)計(jì)了聲音、燈光等反饋提示。

1.3 照明子系統(tǒng)

經(jīng)過調(diào)研、分析當(dāng)時(shí)可用的各類照明技術(shù)和設(shè)施，包括航空照明、軍用照明等，結(jié)合航天器能源供給能力，最終設(shè)計(jì)使用了熒光照明系統(tǒng)，解決了該類照明的高壓?jiǎn)?dòng)、電磁干擾、防眩光及空間環(huán)境適應(yīng)等難點(diǎn)，并通過大量的地面測(cè)試、試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了飛行器內(nèi)照明。

圖1 儀表與照明分系統(tǒng)工作方式Fig.1 Working block diagram of the instrument and lightening subsystem

此階段后期，根據(jù)出艙活動(dòng)需求，經(jīng)過調(diào)研論證及當(dāng)時(shí)技術(shù)情況，在國內(nèi)、外首次設(shè)計(jì)采用LED照明作為飛行器外空間環(huán)境下的航天員出艙活動(dòng)照明，能滿足短時(shí)間、高可靠等出艙活動(dòng)要求。

2 二期儀表與照明分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著載人二期工程航天任務(wù)的開展，在有人參與飛行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主要目標(biāo)為驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)在軌交會(huì)對(duì)接功能，須實(shí)現(xiàn)多飛行器組合后的信息顯示及報(bào)警提示，且信息處理量較一期工程大為增加，指令操作需求也相應(yīng)增多。儀表與照明分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)飛行任務(wù)需求的變化，在一期分系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行第二階段的設(shè)計(jì)開發(fā)和研制驗(yàn)證工作。

2.1 分系統(tǒng)任務(wù)及組成

二期儀表與照明系統(tǒng)的主要任務(wù)是為飛行器和航天員提供信息顯示提示、手控指令操作手段以及工作生活照明環(huán)境。

對(duì)應(yīng)任務(wù)需求，繼承一期儀表照明分系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1]及參考航空儀表設(shè)計(jì)[2]，二期分系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成仍主要分為顯示子系統(tǒng)、手控子系統(tǒng)和照明子系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)承擔(dān)顯示和語音通報(bào)報(bào)警任務(wù)、編碼手控指令發(fā)送任務(wù)、艙內(nèi)工作區(qū)照明和航天員個(gè)人休息區(qū)照明任務(wù)。另外還為航天員提供音頻播放、視頻播放、閱讀、游戲等功能，滿足航天員的生活?yuàn)蕵沸枨蟆?/p>

儀表與照明分系統(tǒng)組成及工作方式如圖 1所示。

2.2 顯示子系統(tǒng)

信息顯示處理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)長(zhǎng)期在軌工作及可靠冗余需求，在二期采用主-備結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 3層備份顯示系統(tǒng)。

第一層為主顯示系統(tǒng)，包括主信息處理系統(tǒng)、獨(dú)立的液晶顯示終端及航天員操作界面。航天員通過液晶顯示終端監(jiān)測(cè)信息顯示界面，并可通過操作界面終端進(jìn)行選擇操作。

第二層為備份顯示系統(tǒng)，集成小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和液晶顯示屏，負(fù)責(zé)信息接收和處理，向航天員提供信息顯示界面，并可通過設(shè)備表面按鍵進(jìn)行選擇操作。在主顯示系統(tǒng)故障時(shí)，備份顯示系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)接收處理、顯示組織管理、發(fā)聲等任務(wù)，確保了航天員在故障情況下仍可及時(shí)準(zhǔn)確地獲知飛行器信息。

第三層為獨(dú)立顯示系統(tǒng)，由獨(dú)立的機(jī)械式艙壓顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)，通過機(jī)械式表盤、指針為航天員提供獨(dú)立艙壓顯示，保證了在飛行器能源、信息系統(tǒng)等重要功能故障的情況下，仍可使航天員及時(shí)獲知涉及生命安全的艙壓信息。

2.3 手控子系統(tǒng)

對(duì)應(yīng)手控指令操作需求的增加，二期手控子系統(tǒng)主要以編碼形式將指令傳送至飛行器上總線，經(jīng)總線送至對(duì)應(yīng)的執(zhí)行終端，相較一期節(jié)省了大量面板資源，并提升了指令發(fā)送能力。該系統(tǒng)利用面板上的按鍵和液晶顯示屏與航天員進(jìn)行交互及操作反饋。對(duì)應(yīng)手控操作內(nèi)容信息量大且安全要求較高的需求，手控子系統(tǒng)主要加強(qiáng)了指令發(fā)送的可操作性和安全性設(shè)計(jì)：

1）手控指令發(fā)送可操作性設(shè)計(jì)編制了多種指令發(fā)送方式，便于航天員查找、確認(rèn)和發(fā)送；

2）手控指令發(fā)送安全性設(shè)計(jì)是為防止航天員操作誤發(fā)指令及意外觸碰導(dǎo)致誤發(fā)指令，在手控指令發(fā)送過程中，設(shè)計(jì)了檢查確認(rèn)功能，經(jīng)核實(shí)無誤才可發(fā)送指令；

3）手控指令發(fā)送確認(rèn)鎖定保護(hù)設(shè)計(jì)是在發(fā)送手控指令進(jìn)行檢查確認(rèn)時(shí)，將鎖定手控操作控制系統(tǒng)設(shè)備此時(shí)的后續(xù)按鍵操作為無效，待確認(rèn)檢查無誤后才能進(jìn)行下一步按鍵操作，以避免快速連續(xù)按鍵導(dǎo)致跳過確認(rèn)步驟而誤發(fā)指令。

4）設(shè)備密碼鎖定保護(hù)設(shè)計(jì)是將手控操作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，必須正確輸入解鎖密碼后，才可進(jìn)行手控指令發(fā)送操作，并在無操作輸入情況持續(xù)一定時(shí)間后，自動(dòng)進(jìn)入鎖定狀態(tài)，以避免在軌誤觸碰導(dǎo)致誤發(fā)指令。

2.4 照明子系統(tǒng)

在一期飛行器外空間照明技術(shù)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，二期分系統(tǒng)飛行器內(nèi)照明也采用LED照明技術(shù)，增加電源變換、環(huán)境照明、開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)等功能，并經(jīng)過設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，滿足（空間飛行）長(zhǎng)壽命、高可靠的需求。

根據(jù)飛行器內(nèi)各任務(wù)、休息區(qū)域的照度需求，綜合考慮燈體的器件數(shù)量、分布情況、恒流源設(shè)計(jì)的要求及發(fā)光二極管的失效模式，將發(fā)光二極管進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)以及冗余備份設(shè)計(jì)。單燈使用多顆LED發(fā)光二極管器件作為發(fā)光光源，將多顆光源獨(dú)立分組，每組光源采用串聯(lián)加并聯(lián)的連接方式（圖2），且兩組可互為備份，并分別由對(duì)應(yīng)的兩組相互獨(dú)立的恒流電源進(jìn)行恒流供電和亮度控制。

圖2 LED串并聯(lián)設(shè)計(jì)示意圖Fig.2 The LED series-parallel connection design

針對(duì)LED發(fā)光亮度高的特點(diǎn)，各照明燈前表面設(shè)計(jì)使用了漫反射型光學(xué)窗口，該光學(xué)窗口外表面光潔，內(nèi)表面進(jìn)行噴砂處理，在實(shí)現(xiàn)防眩光功能的同時(shí)，還能提高照明燈中心光強(qiáng)。

2.5 人機(jī)工效設(shè)計(jì)及安全性設(shè)計(jì)

儀表與照明分系統(tǒng)的顯示、操作和照明設(shè)備直接面向航天員，進(jìn)行人機(jī)工效設(shè)計(jì)對(duì)方便航天員的使用，提高其工作效率，減少操作失誤有很大作用[3]。借鑒工業(yè)設(shè)計(jì)中大量成熟的人機(jī)工效產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[4]，二期儀表與照明分系統(tǒng)加強(qiáng)了人機(jī)工效及安全性設(shè)計(jì)，主要包括以下幾點(diǎn)：

1）各儀表設(shè)備操作接口設(shè)計(jì)，包括各設(shè)備按鍵操作、開關(guān)操作接口等，操作方式簡(jiǎn)便，提示信息明確；

2）各顯示設(shè)備顯示界面設(shè)計(jì)，包括字體、布局、配色等設(shè)計(jì)內(nèi)容，保證航天員準(zhǔn)確、便利地獲得所需信息；

3）儀表各設(shè)備協(xié)同工作工效設(shè)計(jì)，包括光、聲以及各顯示屏配合顯示設(shè)計(jì)內(nèi)容，以多種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)航天員的信息提示；

4）人機(jī)界面以及所有航天員可觸及的結(jié)構(gòu)外表面沒有危及航天員安全的隱患；

5）手控指令的發(fā)送設(shè)計(jì)了防誤操作措施，并設(shè)計(jì)了清晰明確的提示，保證航天員安全、可靠地完成手控操作；

6）照明環(huán)境設(shè)計(jì)按照航天員工作、睡眠等功能區(qū)域分別安排了工作區(qū)照明和休息區(qū)照明，以滿足各功能區(qū)域?qū)φ彰鞯牟煌枨螅⒔?jīng)過試驗(yàn)確定使用數(shù)量和安裝位置。

另外，針對(duì)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行可靠性模型分析、故障模式分析，確保系統(tǒng)的安全可靠和航天員使用安全[5-6]。

3 二期主要技術(shù)應(yīng)用分析

二期儀表與照明分系統(tǒng)通過技術(shù)開發(fā)和新產(chǎn)品應(yīng)用，較大地提升了儀表與照明分系統(tǒng)性能，并為后續(xù)航天器任務(wù)進(jìn)行了技術(shù)應(yīng)用和驗(yàn)證。主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的提升、大屏幕國產(chǎn)空間用液晶顯示技術(shù)的應(yīng)用以及LED照明技術(shù)能力的進(jìn)一步提升。

3.1 高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)

二期系統(tǒng)中飛行信息顯示、處理需求量大為增加，顯示人機(jī)工效需求提升，一期的信息處理系統(tǒng)已不能滿足更加人性化及大信息量的處理需求。儀表與照明分系統(tǒng)經(jīng)過技術(shù)調(diào)研和大量的地面驗(yàn)證，設(shè)計(jì)使用了以 PC8245型 CPU為核心、配備 M9顯示處理系統(tǒng)的高性能雙機(jī)熱備份信息處理系統(tǒng)，并根據(jù)硬件定制配備系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)核心處理速度大于200 MHz，極大地提升了信息顯示處理能力以及圖形化信息的處理能力。該系統(tǒng)通過總線接口接收顯示、事件等數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過CPU模塊的解算處理后，通過設(shè)備內(nèi)部 CPCI總線送至顯示驅(qū)動(dòng)模塊，進(jìn)行2D加速處理后，通過驅(qū)動(dòng)液晶顯示終端進(jìn)行信息顯示提示。對(duì)應(yīng)空間環(huán)境需求和航天產(chǎn)品元器件要求[7]，為保證器件、設(shè)備的在軌可靠工作和適應(yīng)性，專門制定了相應(yīng)的器件質(zhì)量保證方案，設(shè)計(jì)了篩選方案、驗(yàn)證試驗(yàn)，并通過系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

3.2 大屏幕液晶顯示技術(shù)

二期儀表與照明分系統(tǒng)繼續(xù)使用國產(chǎn)液晶顯示技術(shù)，對(duì)應(yīng)技術(shù)發(fā)展和任務(wù)需求進(jìn)行了開發(fā)研制和能力提升，首次使用了15英寸大屏幕國產(chǎn)空間用液晶顯示屏。

傳統(tǒng)液晶顯示器主要采用CCFL作為背光源，在低氣壓和真空環(huán)境下，其壽命、抗震動(dòng)沖擊等性能都難以達(dá)到本系統(tǒng)環(huán)境應(yīng)用的要求。同時(shí)CCFL燈管含有汞等有毒物質(zhì)，燈管破裂會(huì)導(dǎo)致汞蒸氣的揮發(fā)，危及航天員的身體健康和安全。CCFL發(fā)光成分中還包含有紫外部分，會(huì)對(duì)光學(xué)膜、液晶面板產(chǎn)生老化效應(yīng)，影響液晶顯示器的使用壽命，且CCFL燈管壽命相對(duì)較短，難以滿足空間用液晶顯示器長(zhǎng)壽命的要求。國產(chǎn)液晶顯示器通過設(shè)計(jì)研制，采用LED作為背光源，使用LED側(cè)光式背光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了背光系統(tǒng)的小型化，且驅(qū)動(dòng)電壓要求單一、可靠性高、電磁兼容性好，比采用CCFL作為背光源更加適合應(yīng)用于二期航天任務(wù)，并可滿足在低氣壓條件下工作的需求。另外，通過棱鏡膜設(shè)計(jì)收集分散的反射光和折射光，集中到液晶屏中心軸線附近，提高液晶屏的中心亮度，并通過開發(fā)使用的層疊玻璃加固技術(shù)、結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計(jì)、液晶屏防飛濺技術(shù)等，滿足了在軌力、熱等空間環(huán)境需求和在軌安全性需求。

3.3 LED照明技術(shù)

一期使用的熒光光源能耗高、可靠性低、啟動(dòng)電壓高且壽命短。在二期工程中，由于在軌工作時(shí)間的增長(zhǎng)以及能源系統(tǒng)的限制，儀表與照明分系統(tǒng)在一期飛行器外空間LED照明技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過調(diào)研分析及地面驗(yàn)證，最終使用了具有壽命長(zhǎng)、體積小、效率高、抗震性能佳、響應(yīng)速率快、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)的LED照明光源[8]。

由于目前LED產(chǎn)品不是專為航天任務(wù)研制，其性能還不能完全滿足航天任務(wù)的需求。為此，對(duì)空間LED照明設(shè)備采用的高亮度白光LED光源進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，并針對(duì)航天任務(wù)用器件標(biāo)準(zhǔn)制定了嚴(yán)格的篩選技術(shù)條件，保證了器件的可靠性。在照明設(shè)備設(shè)計(jì)中，使用多顆LED器件，經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、串并聯(lián)設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、防眩光設(shè)計(jì)，達(dá)到了長(zhǎng)壽命、高可靠性的空間照明需求，滿足了人機(jī)工效設(shè)計(jì)要求。

另外，針對(duì)LED的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)研制了恒流源供電系統(tǒng)，使用瞬態(tài)干擾和過應(yīng)力保護(hù)設(shè)計(jì)，輸入/輸出均設(shè)有濾波電路，使外部對(duì)電源模塊的干擾得到抑制。

4 發(fā)展前景展望

我國后續(xù)載人三期工程航天器由多艙段組合構(gòu)成，并長(zhǎng)期在軌運(yùn)行，期間與多個(gè)飛行器對(duì)接，且有不同的航天員在軌工作、生活，由于航天員在軌工作、生活時(shí)間更長(zhǎng)，信息監(jiān)測(cè)、處理需求更多，不同時(shí)期的任務(wù)變化需要信息交互功能對(duì)應(yīng)調(diào)整更新。儀表與照明分系統(tǒng)須對(duì)應(yīng)任務(wù)環(huán)境和需求的變化，并結(jié)合國外相關(guān)技術(shù)應(yīng)用情況及故障經(jīng)驗(yàn)[9-10]，在系統(tǒng)層面上優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升能力，實(shí)現(xiàn)第三階段的分系統(tǒng)任務(wù)。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化接口綜合顯示系統(tǒng)

三期儀表綜合顯示系統(tǒng)層面須設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)、組成和功能分配，以及系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，為綜合顯示系統(tǒng)的多媒體人機(jī)交互、高性能顯示終端、軟件功能在軌維護(hù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)建立系統(tǒng)基礎(chǔ)和架構(gòu)，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面上解決新技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)重組、在軌排故/維護(hù)等難點(diǎn)。

為適應(yīng)后續(xù)的長(zhǎng)期在軌工作任務(wù)，儀表綜合顯示系統(tǒng)功能組成單元須實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化和小型化，以支持系統(tǒng)的在軌重組、維護(hù)維修，重點(diǎn)為計(jì)算機(jī)平臺(tái)和底層支持軟件平臺(tái)。由于多艙段對(duì)接，該系統(tǒng)硬件、軟件平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)接口統(tǒng)一、功能可擴(kuò)展的技術(shù)，且應(yīng)具備便于航天員在軌操作和在軌維護(hù)的能力。

對(duì)應(yīng)后續(xù)的多任務(wù)需求情況，儀表綜合顯示系統(tǒng)須具備軟功能在軌維護(hù)、更新的能力，以實(shí)現(xiàn)綜合顯示系統(tǒng)的功能調(diào)整、任務(wù)配置更新；并具備地面注入更新、航天員在軌操作更新的能力。該技術(shù)須實(shí)現(xiàn)天地傳輸中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)幀損壞時(shí)的自動(dòng)識(shí)別和保護(hù)，天上設(shè)備在更新錯(cuò)誤情況下的自保護(hù)措施和自恢復(fù)技術(shù)。同時(shí)對(duì)于航天員在軌操作更新，須設(shè)計(jì)便于航天員在軌操作的方法，并具有操作過程中出現(xiàn)問題時(shí)的保護(hù)恢復(fù)能力。

4.2 高性能高可靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)

在三期任務(wù)中可采用技術(shù)更新、性能更好的硬件平臺(tái)，進(jìn)一步提高航天員工作的舒適性，減少人為錯(cuò)誤的發(fā)生。隨著地面高性能處理器的發(fā)展更新，在二期高性能PC8245型處理器應(yīng)用試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)后續(xù)信息處理需求，須進(jìn)一步開發(fā)驗(yàn)證高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)。平臺(tái)化高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持海量信息處理、存儲(chǔ)，多媒體技術(shù)，多任務(wù)運(yùn)行和調(diào)度、任務(wù)間同步與通信以及系統(tǒng)重組。

同時(shí)，在二期航天員娛樂用個(gè)人計(jì)算機(jī)考核驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，在后續(xù)設(shè)計(jì)中配備輔助信息處理系統(tǒng)，采用高性能筆記本計(jì)算機(jī)，輔助進(jìn)行三維視圖、視頻、維修維護(hù)支持、故障報(bào)警提示等任務(wù)，為航天員提供更加便捷、智能、準(zhǔn)確和舒適的信息服務(wù)。

4.3 高性能顯示系統(tǒng)終端技術(shù)

為滿足后續(xù)航天器任務(wù)大信息量顯示需求以及高速信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的海量數(shù)據(jù)處理需求，須在前期基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高性能的顯示終端技術(shù)，研制大屏幕觸摸式液晶顯示屏，并具備支持高速、高清圖像顯示的能力。觸摸式顯示屏還未在國內(nèi)航天產(chǎn)品上應(yīng)用，須突破該類型液晶顯示器在航天工作環(huán)境下的可靠性、安全性設(shè)計(jì)難點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)后續(xù)航天器任務(wù)的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)難點(diǎn)。須同時(shí)實(shí)現(xiàn)航天員在軌操作時(shí)人員和設(shè)備的保護(hù)技術(shù)。

4.4 智能化多媒體人機(jī)交互技術(shù)

對(duì)應(yīng)后續(xù)航天器大容量的信息內(nèi)容，須給予航天員更加智能和人性化的顯示提示界面。因此人機(jī)交互技術(shù)須在顯示提示的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)配合顯示的視頻、音頻、燈光等綜合交互界面，以多種方式實(shí)現(xiàn)與航天員的動(dòng)態(tài)交互。并在后續(xù)航天器所能提供的資源配置情況下，提升現(xiàn)有的綜合信息交互技術(shù)。另外通過虛擬儀表顯示、三維模型顯示等技術(shù)開發(fā)和使用，在高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)及輔助平臺(tái)上，進(jìn)一步提供智能、高效的人機(jī)交互技術(shù)。

4.5 進(jìn)一步發(fā)展空間LED照明技術(shù)

在前期LED照明技術(shù)基礎(chǔ)上，繼續(xù)提升空間照明技術(shù)能力，針對(duì)各種不同任務(wù)需求設(shè)計(jì)開發(fā)照明系統(tǒng)，以滿足后續(xù)任務(wù)外部活動(dòng)空間的擴(kuò)大、構(gòu)型的復(fù)雜性、航天員在軌及外部空間任務(wù)的復(fù)雜性和多樣性等需求[11]。

5 結(jié)束語

儀表與照明分系統(tǒng)是航天器中最具有航天員參與特點(diǎn)的分系統(tǒng)之一，其顯示、手控和照明子系統(tǒng)所使用的許多器件和技術(shù)新穎、獨(dú)特且趨于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的前沿，沒有在我國航天器中應(yīng)用和考核的歷史，欠缺相應(yīng)的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)積累。經(jīng)過一期和二期工程任務(wù)的逐步摸索和建設(shè)，我國航天器儀表與照明技術(shù)日趨成熟，部分技術(shù)在國內(nèi)、外已處于領(lǐng)先地位。

三期工程是一個(gè)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，儀表與照明分系統(tǒng)也對(duì)應(yīng)新的任務(wù)需求，不斷開發(fā)采用新技術(shù)、新產(chǎn)品，提升系統(tǒng)平臺(tái)性能，在高效、智能、可靠、安全、人性化設(shè)計(jì)上更進(jìn)一步，更好地為航天員搭建一座與飛行器信息溝通的橋梁。

（References）

[1]SZ-Q/W(12)17A—2010 載人運(yùn)輸飛船儀表與照明分系統(tǒng)規(guī)范[S]

[2]黃俊欽.航空航天儀表的設(shè)計(jì)思想和基本結(jié)構(gòu)[J].儀器儀表學(xué)報(bào), 2005, 26(3)

Huang Junqin.Design idea and basic structure of aircraft and spacecraft instruments[J].Chinese Journal of Scientific Instrument, 2005, 26(3)

[3]QJ 2236A—98 航天產(chǎn)品安全性保證要求[S]

[4]何燦群.人機(jī)工程學(xué)產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005

[5]GJB 1391—92 故障模式、影響及危害性分析程序[S]

[6]QJ 2236A—98 航天產(chǎn)品安全性保證要求[S]

[7]QJ 3057—98 航天用電氣、電子和機(jī)電（EEE）元器件保證要求[S]

[8]王曉明, 郭偉玲, 高國, 等.LED—新一代照明光源[J].現(xiàn)代顯示, 2005(7)： 15-19

Wang Xiaoming, Guo Weiling, Gao Guo, et al.Gate of dawn-LED will illuminate the future[J].Advanced Display, 2005(7)： 15-19

[9]朱毅麟.空間站應(yīng)用的發(fā)展及存在的問題[J].航天器工程, 2009, 18(1)

Zhu Yilin.Development and challenge of space station utilization[J].Spacecraft Engineering, 2009, 18(1)

[10]謝勒.載人航天飛行中的事故與災(zāi)難[M].袁家軍,鄭敏, 譯.中國宇航出版社, 2005

[11]馮偉泉.航天器材料空間環(huán)境適應(yīng)性的檢驗(yàn)[C]//2009年空間環(huán)境與材料科學(xué)論壇, 2009