測(cè)發(fā)控系統(tǒng)方艙結(jié)構(gòu)研究

袁企鄉(xiāng)，徐　昕

(上海航天計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，上?！?01109)

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測(cè)發(fā)控系統(tǒng)方艙結(jié)構(gòu)研究

袁企鄉(xiāng)，徐昕

(上海航天計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所，上海201109)

摘要：把航天裝備送入空間的快速發(fā)射，對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)提出了便捷、移動(dòng)要求;目前現(xiàn)役運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)狀態(tài)是系統(tǒng)復(fù)雜、難以移動(dòng)，已不適應(yīng)當(dāng)前航天裝備快速送入空間的發(fā)展,為此提出一種新型移動(dòng)式測(cè)發(fā)控系統(tǒng)方艙結(jié)構(gòu)模式;該模式采取了遵循設(shè)備集成原則，通過(guò)使用方艙、線纜鋪設(shè)、人機(jī)工程優(yōu)化等先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與方法來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)快速、可移動(dòng)的要求，同時(shí)解決了該系統(tǒng)原先存在多方面存在的問(wèn)題;通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)系統(tǒng)方艙結(jié)構(gòu)的研究工作，研發(fā)出通過(guò)采用“設(shè)備集成、線纜集中鋪設(shè)、人機(jī)工程優(yōu)化、方艙結(jié)構(gòu)為平臺(tái)”等先進(jìn)技術(shù)的新型移動(dòng)快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)方艙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速、可移動(dòng)要求提供了技術(shù)基礎(chǔ);該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)工程使用，實(shí)現(xiàn)了新一代運(yùn)載火箭快速簡(jiǎn)易測(cè)發(fā)控的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地測(cè)發(fā)控系統(tǒng)快速發(fā)射; 設(shè)備集成;線纜集中鋪設(shè);人機(jī)工程優(yōu)化;方艙結(jié)構(gòu)平臺(tái)

0引言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)快速發(fā)射運(yùn)載火箭是未來(lái)快速進(jìn)入空間的重要途徑。國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、防災(zāi)抗災(zāi)、通訊等對(duì)快速進(jìn)入空間能力提出了迫切要求，地面測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)發(fā)控系統(tǒng))是運(yùn)載火箭的重要部分，用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭在分系統(tǒng)、全箭綜合試驗(yàn)及發(fā)射場(chǎng)飛行整體測(cè)試，最終實(shí)施點(diǎn)火發(fā)射功能，為此實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)備集成、流程優(yōu)化、縮短周期具有重要意義[1]。近年來(lái)要求運(yùn)載火箭發(fā)射周期日趨縮短，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)相關(guān)工作周期從目前25天左右要壓縮到7天左右，原來(lái)使用的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速、可移動(dòng)發(fā)射要求，形成了技術(shù)上障礙。

為解決障礙，滿足快速、可移動(dòng)發(fā)射要求，需要在原有的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)上做出突破。我們經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)外測(cè)發(fā)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和當(dāng)今集成技術(shù)、控制技術(shù)、移動(dòng)結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行多年分析和研究，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，現(xiàn)已研制出新型測(cè)發(fā)控系統(tǒng)，達(dá)到當(dāng)前我國(guó)航天運(yùn)載火箭的快速、可移動(dòng)發(fā)射要求。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)模擬與合練整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程運(yùn)行，性能穩(wěn)定，其功能和指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成圖

工作流程:即要求設(shè)備撤收時(shí)間≤4 h、技術(shù)和發(fā)射場(chǎng)區(qū)二地轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間≤4 h。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)整體硬件設(shè)備要求在常規(guī)公路、場(chǎng)坪上便捷轉(zhuǎn)運(yùn)。即要求整體設(shè)備具備裝、卸方便，運(yùn)輸快捷。測(cè)發(fā)控系統(tǒng)整個(gè)硬件設(shè)備要求快速展開(kāi)、恢復(fù)、撤收。即要求系統(tǒng)之間連接簡(jiǎn)便，接口集中、方便連接快速操作。

系統(tǒng)在環(huán)境溫度：-45～+55 ℃、+40 ℃相對(duì)濕度為(95±3)%下，設(shè)備操作環(huán)境：15～+25 ℃。 系統(tǒng)環(huán)境電磁屏蔽：衰減≥40 dB，即在150 K～10 GHz頻段下，衰減≥40 dB。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與技術(shù)問(wèn)題

1)硬件設(shè)備總計(jì)：61余臺(tái)(個(gè))、線纜：140余根，無(wú)法達(dá)到設(shè)備撤收時(shí)間≤4 h、技術(shù)和發(fā)射場(chǎng)區(qū)二地轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間≤4小時(shí)要求。

2)以往系統(tǒng)不具備整體硬件設(shè)備便捷轉(zhuǎn)運(yùn)，更不具有裝、卸方便能力，受制于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)與制造集成能力的限制。

3)以往系統(tǒng)是由眾多機(jī)柜、大量電纜連接而成，在系統(tǒng)合成中沒(méi)有充分考慮連接簡(jiǎn)便方便上的操作性。

4)以往系統(tǒng)是安放在固定建筑室內(nèi)，工作環(huán)境依靠建筑體內(nèi)溫度調(diào)節(jié)機(jī)組來(lái)提供、保證；使用移動(dòng)小環(huán)境方艙尚沒(méi)有工程的先例。

5)設(shè)備安裝體含連接器孔口板、門(mén)窗孔口、空調(diào)孔口等，所有孔口的連接區(qū)域都使外界電磁源對(duì)內(nèi)產(chǎn)生影響，以致通常無(wú)法達(dá)到≥40 dB的要求，達(dá)不到系統(tǒng)工作環(huán)境條件。

3方案實(shí)現(xiàn)和關(guān)鍵技術(shù)解決

1)使用設(shè)備集成設(shè)計(jì)原理，解決硬件設(shè)備和線纜多，滿足系統(tǒng)移動(dòng)、快速、簡(jiǎn)易要求，滿足系統(tǒng)設(shè)備撤收時(shí)間≤4 h、技術(shù)和發(fā)射場(chǎng)區(qū)二地轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間≤4 h要求，經(jīng)過(guò)研究和制造技術(shù)上反復(fù)論證，做出以方艙作為集成平臺(tái)[2]的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)設(shè)備高度集成在兩個(gè)方艙內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)撤收時(shí)間≤4 h、場(chǎng)區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間≤4 h要求[3]。如圖2、圖3所示。

圖2　后端電氣集成方艙　　　　　圖3　前端電氣集成方艙

2)由于受空間區(qū)域制約，81余臺(tái)硬件設(shè)備是無(wú)法置于二個(gè)艙內(nèi)空間，帶來(lái)困難。為此采取了優(yōu)選專(zhuān)用體形小、功能強(qiáng)設(shè)備，并使用了集成優(yōu)化設(shè)計(jì)；在地面電源設(shè)計(jì)中，采取了小型化設(shè)計(jì)技術(shù)，做到兩組直流電源的主、副機(jī)結(jié)構(gòu)體放置在一個(gè)機(jī)柜；針對(duì)中頻電源，研制設(shè)計(jì)出了數(shù)字化中頻逆變電源， 其結(jié)構(gòu)體形比傳統(tǒng)減小2/3體積，做到低噪音、效率高。

3)針對(duì)電纜連接走向、布置進(jìn)行了研究分析，以設(shè)備體來(lái)走電纜、電纜連接器孔口壁板近離大部分電纜出口為設(shè)計(jì)原則，優(yōu)化出方艙二側(cè)孔口壁板位置的要求。并使孔口壁板方便連接器操作，該板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改變了常規(guī)形狀，設(shè)計(jì)出新型折彎壁板見(jiàn)圖4所示。

圖4　折彎壁板形狀示意　　　圖5　冷凝水下滴集水盤(pán)

4)受到鐵路、公路運(yùn)輸、車(chē)輛等制約，使用頂置薄形空調(diào)來(lái)做環(huán)境應(yīng)用設(shè)備，由于設(shè)備使用地環(huán)境溫大，加上空調(diào)冷風(fēng)出口的風(fēng)葉形狀，當(dāng)冷風(fēng)出口與艙內(nèi)溫度差≥15 ℃時(shí)，風(fēng)口周邊就產(chǎn)生凝水下滴，在凝結(jié)大于蒸發(fā)下，凝結(jié)水滴會(huì)掉進(jìn)機(jī)柜，會(huì)造成系統(tǒng)故障甚至毀壞設(shè)備。為此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了冷凝水引流托盤(pán)，使水滴在盤(pán)中自然平衡、蒸發(fā)掉，如圖5所示。

艙體因有孔口板、門(mén)窗孔口、空調(diào)孔口等，這均外界電磁場(chǎng)源最容易輻射至艙內(nèi)薄弱環(huán)節(jié)，電磁屏蔽無(wú)法做到≥40 dB要求，為此經(jīng)過(guò)研究、分析，采取了多種電磁屏蔽設(shè)計(jì)技術(shù)：使用嵌口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并使嵌口表面周?chē)M(jìn)行導(dǎo)通和金屬絲充填物處理，使之同電位，如圖6所示。

圖6　嵌口結(jié)構(gòu)圖　　　　圖7　波導(dǎo)器示意圖

對(duì)頂置空調(diào)大口徑區(qū)域采取了波導(dǎo)器進(jìn)行處理，最大限度對(duì)連接口區(qū)域進(jìn)行電磁場(chǎng)抑制，其結(jié)構(gòu)成型如圖7所示。

EMC工程實(shí)際檢測(cè)為45 dB，達(dá)到系統(tǒng)電磁屏蔽要求指標(biāo)。

5)方艙設(shè)備集成，在通過(guò)對(duì)設(shè)備操控性、艙體空間特證、要素研究分析，依據(jù)人機(jī)工程原理來(lái)實(shí)施各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作，以求得到最優(yōu)設(shè)備操控性和視覺(jué)廣度，確定前、后艙體總布局，做到設(shè)備操作、安裝、維護(hù)的便捷、方便；如圖8、9所示。

圖8　前端電氣艙　　　　　　　圖9　后端電氣艙

6)降低設(shè)備工作場(chǎng)坪環(huán)境中電磁場(chǎng)影響，在線纜布置上采取了強(qiáng)電線纜、弱電線纜分開(kāi)且分別走入電纜金屬線槽內(nèi)進(jìn)行固定，在線槽上方加蓋金屬槽蓋，做到良好屏蔽與固定作用，艙內(nèi)地板使用防靜電地板，線纜布置如圖10所示。

圖10　強(qiáng)、弱電線纜槽布置圖

4結(jié)論

新型方艙是首次在新一代運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中運(yùn)用，該系統(tǒng)在2015年的型號(hào)工作中獲得成功，其工程指標(biāo)達(dá)到新一代快速、發(fā)射運(yùn)載火箭要求。其外觀如圖11所示。

圖11　新型測(cè)發(fā)控系統(tǒng)外觀

2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方艙集成的該系統(tǒng)具有快速移動(dòng)能力，其功能和操作性達(dá)到型號(hào)總體測(cè)發(fā)要求，可運(yùn)用于今后火箭的快速、移動(dòng)測(cè)發(fā)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)和模式與解決問(wèn)題的方法，為今后運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、使用創(chuàng)造了新的途徑和設(shè)計(jì)方法[4]，可使用在以后相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中。新一代快速、發(fā)射運(yùn)載火箭的新型測(cè)發(fā)控系統(tǒng)采用火箭總體測(cè)發(fā)體制、精簡(jiǎn)系統(tǒng)布局、縮短測(cè)發(fā)流程、使用方艙、設(shè)備集成先進(jìn)技術(shù)，確保在測(cè)發(fā)可靠性前提下，實(shí)現(xiàn)了測(cè)發(fā)設(shè)備方便轉(zhuǎn)運(yùn)[5]，滿足運(yùn)載火箭快速簡(jiǎn)易測(cè)發(fā)需求；系統(tǒng)的研制成功，實(shí)現(xiàn)了航天裝備(各類(lèi)空間載荷)能夠快速發(fā)射、進(jìn)入空間目標(biāo)，該系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡遠(yuǎn)文,等.測(cè)試發(fā)射技術(shù)及其在軍事航天中的應(yīng)用與發(fā)展[J].航天控制，2003(1):2-3.

[2] 毛勤儉.方艙設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 南京：河海大學(xué)出版社，2012.

[3] 楊瑞青,等.軍用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用性技術(shù)研究與應(yīng)用[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2009(1):18-19.

[4] 郭志華.國(guó)外軍用方艙技術(shù)的發(fā)展[J]. 信息與通訊,2010(11):2-3.

[5] 宋秀蘭,等.軍用方艙通用規(guī)范[S].總裝備部， GJB6109-2007:5-8.

New Type of Measuring Control System Application Structure Research

Yuan Qixiang，Xu Xin

(Shanghai Institute of Aerospace Computer Technology，Shanghai201109,China)

Abstract:The space and equipment into the rapid launch of the space, the thickness control system proposed is convenient, mobile requirements. Currently active carrier rocket measuring control system state is complex, difficult to move, has not adapt to the development of the current space equipments quickly into the space. Therefore put forward a new type of portable measuring control system application structure mode. The pattern to follow the principle of equipment integration, by using the square cabinet, cable laying, advanced man-machine engineering optimization design idea and method for measuring the requirement of control system is rapid, portable, and solve the problems existing in the system is original. Through long-term research on the structure of the system application work, developed by adopting "equipment integration, cable laying, man-machine engineering optimization, the square as a platform" advanced technology, such as new mobile rapid measuring control system application structure system, for the realization of the system requirements for rapid, portable provides technical basis. After engineering using the system, which can realize the fast simple new generation carrier rocket test control target.

Keywords:fast launch of ground test launch and control system; equipment integration; centralized cable laying; man-machine engineering optimization;shelter structure platform.

文章編號(hào)：1671-4598(2016)02-0190-02

DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.02.052

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：袁企鄉(xiāng)(1958-),男，大學(xué)，工程師，副主任設(shè)計(jì)師，主要從事機(jī)電結(jié)構(gòu)集成。

收稿日期：2015-10-29；修回日期：2015-12-01。

俆昕(1980-)，男，上海人，工學(xué)碩士，某型號(hào)副主任設(shè)計(jì)師，主要從事測(cè)量與控制技術(shù)。