航天電子亮劍太空——電子技術(shù)在首次交會對接任務(wù)中的創(chuàng)新紀(jì)實(shí)

□ 新華社記者 王 敏

神舟八號和天宮一號的交會對接裝置模擬圖

有人曾把電子技術(shù)發(fā)展的相對滯后稱為中國航天的“軟肋”。發(fā)達(dá)國家亦在此領(lǐng)域?qū)ξ覈鴮訉臃怄i，限制出口先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，以維護(hù)其在太空中的霸權(quán)。

伴隨著我國載人航天工程首次交會對接任務(wù)的完成，中國的航天人終于讓電子技術(shù)成為中國航天發(fā)展最強(qiáng)勁的推動力，迎來航天電子亮劍太空的美好時代。

光纖陀螺：開創(chuàng)空間站應(yīng)用的先河

據(jù)了解，在此次載人航天工程首次交會對接任務(wù)中，中國航天科技集團(tuán)公司九院共提供各類產(chǎn)品600余臺（套），涉及慣性導(dǎo)航、計算機(jī)與微電子、遙測遙控、基礎(chǔ)元器件多個領(lǐng)域，且多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)得到首次應(yīng)用。

天宮一號目標(biāo)飛行器在地球上空近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)350千米的橢圓形軌道上運(yùn)行，它需要一雙“眼睛”，精確地感知自身的微小動作，從而更好地確保飛行姿態(tài)精確控制以及與飛船交會對接。

但是，與改進(jìn)型長征二號F火箭和神舟八號飛船不同的是，它采用了專門為它設(shè)計生產(chǎn)的光纖陀螺作為它的“眼睛”，引領(lǐng)它的浪漫太空之旅。

已知的公開資料顯示，讓光纖慣導(dǎo)陀螺擔(dān)綱空間站姿態(tài)控制的重任，這在世界范圍內(nèi)尚屬首次。也就是說，這個光纖陀螺是世界范圍內(nèi)第一個在空間站作為主份應(yīng)用的光纖慣性器件，開創(chuàng)了光纖陀螺在空間站應(yīng)用的先河。

據(jù)了解，光纖陀螺技術(shù)在世界航天領(lǐng)域?qū)儆谇罢靶约夹g(shù)。航天科技集團(tuán)九院在前期深入研究、吃透技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，依靠完全自主創(chuàng)新，使光纖陀螺技術(shù)短短幾年之間取得突破性進(jìn)展，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)工程化和產(chǎn)品批量生產(chǎn)。光纖陀螺技術(shù)研究成果已獲得兩項(xiàng)國家技術(shù)發(fā)明獎、一項(xiàng)國家科技進(jìn)步獎，應(yīng)用于多個宇航型號任務(wù)。

與此同時，依托于這一技術(shù)的產(chǎn)品也在應(yīng)用中通過了考驗(yàn)，在衛(wèi)星搭載驗(yàn)證中不僅表現(xiàn)出良好的性能，而且在一些特殊的空間環(huán)境下還發(fā)揮了獨(dú)特的作用，展現(xiàn)了與眾不同的特殊優(yōu)勢。

神舟八號電磁兼容試驗(yàn)

神舟八號與天宮一號第一次分離（天宮一號上安裝的攝像機(jī)拍攝）

把確保安全作為首要標(biāo)準(zhǔn)

“載人航天，人命關(guān)天”，一個不起眼的螺栓出現(xiàn)問題都有可能造成難以想象的災(zāi)難性后果，更不要說匯集和處理信息的中樞。航天科技集團(tuán)公司九院771所把提高可靠性、確保安全性作為研制工作的首要標(biāo)準(zhǔn)。

作為中國航天員巡天的專屬座駕，改進(jìn)型長二F火箭將在我國未來開展空間有人試驗(yàn)活動中發(fā)揮關(guān)鍵作用，它的可靠性直接關(guān)系到航天員的生命安全。為了最大限度地提高火箭的安全性，讓航天員毫無顧慮地乘坐火箭升空，771所在計算機(jī)可靠性上下足了工夫。他們一切從頭做起，對箭載計算機(jī)、故障檢測處理器進(jìn)行了全新設(shè)計，采用系統(tǒng)級的冗余設(shè)計從根本上提高信息處理的可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，771所先后攻克了三機(jī)同步及信息交互技術(shù)、故障診斷隔離及系統(tǒng)重構(gòu)技術(shù)、惡劣環(huán)境下信號完整性技術(shù)等諸多的技術(shù)難題，計算機(jī)系統(tǒng)由以前的接口部分采用冗余設(shè)計改為全部的三冗余系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)系統(tǒng)失效成為極小概率事件。

在設(shè)計提升的同時，工程技術(shù)人員并沒有對實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有絲毫的松懈。在箭載計算機(jī)設(shè)計中，他們進(jìn)行了無數(shù)次前仿真、綜合后仿真、布局布線后仿真、限電壓極限溫度環(huán)境仿真，對設(shè)想到的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行再三再四的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的任何毛刺和異常，都深挖細(xì)剖、追根溯源，直至得到光滑得近乎完美的試驗(yàn)曲線，確保設(shè)計降額充分、邏輯正確、時序合理。

可靠性有了巨大的躍升

空間站長駐真空、失重、高輻射、冷熱劇變的太空環(huán)境，飛船往返于天地之間，在地面環(huán)境和太空環(huán)境中穿梭，人要在其中生活和工作首先需要創(chuàng)造一個能夠維持生命的環(huán)境。人們在地球上再自然不過的壓力、氧氣、適宜的溫度都需要計算機(jī)的控制與維持，而天地交互所有信息的溝通更是離不開計算機(jī)的協(xié)調(diào)與控制。

設(shè)想一下，地面上遙控指令的接收與處理，空間站里各種設(shè)備的運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)果的匯報，離開了計算機(jī)一切都將陷于癱瘓。

數(shù)管分系統(tǒng)中央處理單元是天宮一號目標(biāo)飛行器和神舟八號飛船數(shù)據(jù)管理的核心，也是信息交互和數(shù)據(jù)處理的中樞，負(fù)責(zé)提供星上基準(zhǔn)時間，控制串行數(shù)據(jù)總線的運(yùn)行及下位機(jī)的操作，實(shí)現(xiàn)遙測、遙控、任務(wù)管理、自主控制等功能，它的穩(wěn)定工作是航天員在天上正常生活和工作的基本前提。

為了確保中央處理單元萬無一失，技術(shù)人員多次克服難題，通過三冗余熱備份逐步降級技術(shù)確保中樞的可靠性。并在環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱設(shè)計等設(shè)計上耗盡心思，徹底消除了單點(diǎn)故障和所有盲區(qū)，可靠性有了數(shù)量級的躍升。

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