春潮：航天513所：創(chuàng)新筑夢

張翠賢　李光宇

春江潮水連海平，海上明月共潮生。驚濤拍海岸，春潮起風(fēng)帆。青春向天笑，壯志寫詩篇。保持與名利的距離，矢志與航天事業(yè)結(jié)緣。佇足海天一線，以航天人的名義，創(chuàng)造前所未有的突出貢獻(xiàn)。

煙臺(tái)，古時(shí)“烽火臺(tái)”。明朝洪武初年，為防備倭寇犯境，當(dāng)?shù)剀娒裨谂R海北山設(shè)立狼煙墩臺(tái)，發(fā)現(xiàn)敵情后晝則升煙、夜則舉火作為報(bào)警信號(hào)，簡稱“煙臺(tái)”。歲月更迭，滄桑巨變。煙臺(tái)已經(jīng)發(fā)展成為山東半島東北部、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈重要城市和全國文明城市。山東航天電子技術(shù)研究所，就座落在這里。

山東航天電子技術(shù)研究所，是我國載人航天工程的重要研制單位之一，先后參與我國從神舟一號(hào)到神舟十一號(hào)、天宮一號(hào)、天宮二號(hào)等航天工程型號(hào)的研制任務(wù)，為確保航天員生命安全和載人航天飛行圓滿成功發(fā)揮重要作用，榮獲“中國載人航天工程突出貢獻(xiàn)集體”。研制設(shè)備涉及環(huán)境控制和生命保障、熱控、數(shù)據(jù)管理、乘員服務(wù)、測控、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)。在神舟七號(hào)任務(wù)中公司承擔(dān)航天員出艙通信子系統(tǒng)和艙外航天服中70%電子設(shè)備研制工作。在天宮一號(hào)任務(wù)中，公司承擔(dān)了醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、儀表照明、空間實(shí)驗(yàn)等相關(guān)設(shè)備研制任務(wù)。天宮二號(hào)飛行器研制方面，承擔(dān)空間實(shí)驗(yàn)室熱控、數(shù)管、儀表照明、空間技術(shù)試驗(yàn)、環(huán)控生保、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、測控通信等系統(tǒng)60余臺(tái)套產(chǎn)品研制任務(wù)。在載人航天任務(wù)中，承擔(dān)的研制任務(wù)由最初的測控領(lǐng)域，到飛船環(huán)境控制和生命保障、熱控、數(shù)據(jù)管理、乘員服務(wù)、測控、結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域，并逐步拓展到艙外通信、航天服電子設(shè)備、醫(yī)監(jiān)醫(yī)保、儀表照明、空間實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。

飛船發(fā)射前的遠(yuǎn)程體檢

——發(fā)射場測試無線轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)

飛船發(fā)射前需要與火箭對接組裝，然后，進(jìn)行綜合體檢才能發(fā)射升空。此前，航天器與發(fā)射火箭都是在總裝廠房組裝后進(jìn)行水平測試，在發(fā)射架豎起來后再次測試，如有問題就要再放倒拖回廠房維修。

從神舟一號(hào)飛船發(fā)射起，我國開始采用國際上先進(jìn)的“三垂一遠(yuǎn)”模式，即實(shí)現(xiàn)航天器與火箭垂直組裝、垂直測試、垂直轉(zhuǎn)運(yùn)和遠(yuǎn)程測試。在此過程中，火箭保持一個(gè)姿態(tài)不動(dòng)，只要通過測試，運(yùn)轉(zhuǎn)過程不會(huì)有任何改變。而遠(yuǎn)距離測試發(fā)射控制模式則最大限度保持了火箭和飛船的狀態(tài)不變，極大地提高了測試發(fā)射可靠性和安全性?！叭挂贿h(yuǎn)”測試發(fā)射模式為世界領(lǐng)先水平。研究所研制的“飛船發(fā)射場測試無線轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)”為實(shí)現(xiàn)“三垂一遠(yuǎn)”提供技術(shù)保證。系統(tǒng)中所采用的增益自調(diào)節(jié)、信道自分配、天線自跟蹤等技術(shù)，都達(dá)到國內(nèi)一流水平。

隨著我國載人航天工程的逐步深入，系統(tǒng)中增加了海事衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星、GPS/GLONASS衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星等作為飛船定位通信的輔助措施，神舟系列完成了國內(nèi)在軌航天器首次使用這些衛(wèi)星系統(tǒng)，為后續(xù)航天器定位通信提供了更多選擇。遠(yuǎn)距離測試無線轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)安裝于北京航天城和酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地。先后參加了我國載人工程歷次神舟飛船和天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器發(fā)射并圓滿完成了任務(wù)。

太空行走的保障——航天員出艙通信子系統(tǒng)

在神舟七號(hào)載人航天飛行任務(wù)中，研究所承擔(dān)航天員出艙通信子系統(tǒng)和航天服專項(xiàng)70%電子設(shè)備技術(shù)攻關(guān)研制任務(wù)。其中，航天員出艙通信子系統(tǒng)是在航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)試驗(yàn)時(shí)用于出艙活動(dòng)航天員與輔助出艙航天員、艙內(nèi)航天員與地面人員間進(jìn)行語音通話和數(shù)據(jù)通信的設(shè)備。航天員出艙活動(dòng)通信系統(tǒng)由通信天線、通信處理器及艙外航天服遙測通信機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)外航天員之間、艙內(nèi)外航天員與地面人員之間語音通信及艙內(nèi)外航天員遙測參數(shù)下傳。該系統(tǒng)首次采用空間CDMA移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空間近場復(fù)雜環(huán)境下的可靠無線語音數(shù)據(jù)通信。

在載人航天工程第二步任務(wù)中，研究所技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)拓展到醫(yī)監(jiān)醫(yī)保和空間試驗(yàn)領(lǐng)域，涉及領(lǐng)域廣、工作接口多、技術(shù)難度大，挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。包括用于航天員監(jiān)測飛船運(yùn)行情況、顯示交會(huì)對接信息、接受地面郵件的儀表控制器；在交會(huì)對接中使用的主動(dòng)標(biāo)志“天宮一號(hào)”目標(biāo)標(biāo)志器；用于空間醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的失重生理效應(yīng)裝置Ⅰ和失重生理效應(yīng)裝置Ⅱ（細(xì)胞培養(yǎng)裝置）、無創(chuàng)心功能測量儀，以及被稱為“太空冰箱”的醫(yī)用冷儲(chǔ)箱等。

失重生理效應(yīng)試驗(yàn)控制——航天醫(yī)學(xué)空間實(shí)驗(yàn)設(shè)備

人一旦進(jìn)入失重環(huán)境，身體發(fā)生各種變化，會(huì)產(chǎn)生諸多的不適應(yīng)，這些變化被稱為失重生理效應(yīng)。在神舟九號(hào)任務(wù)中，航天員在空中進(jìn)行了多項(xiàng)失重生理效應(yīng)，用以研究人體在太空中會(huì)發(fā)生的變化，以便研究克服太空生活對人體帶來的不良影響。其中包括513所研制的用于研究腦血流、腦點(diǎn)、眼動(dòng)的失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅰ和進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ，以及試驗(yàn)控制單元等設(shè)備。

在太空環(huán)境中，航天員的血液會(huì)重新分配，下肢血量減小，頭部血量增多，航天員的收縮壓將升高，平均動(dòng)脈壓升高，靜脈壓也上升，舒張壓則下降。這些失重效應(yīng)會(huì)使得航天員的流體靜壓梯度消失，找不著方向感，所以在失重環(huán)境中，大多數(shù)航天員通常會(huì)發(fā)生前庭植物神經(jīng)反應(yīng)，引起航天運(yùn)動(dòng)病和空間定向障礙，出現(xiàn)惡心、嘔吐、面色蒼白、暈眩等現(xiàn)象，從而影響航天員的工作能力。為了研究航天飛行對人體的前庭眼動(dòng)、心血管及腦高級(jí)功能影響，同步檢測動(dòng)脈脈搏波、靜脈脈搏、腦電和眼動(dòng)，在天宮一號(hào)，我國首次研究了一種微重力環(huán)境下進(jìn)行的系統(tǒng)（人體）生理學(xué)研究實(shí)驗(yàn)航天醫(yī)學(xué)空間實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這就是失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅰ。

失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ是我國研制的第一個(gè)正式上天的全自動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)裝置。設(shè)備由失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ本體和細(xì)胞培養(yǎng)子模塊兩部分組成，失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ本體隨天宮一號(hào)發(fā)射升空，細(xì)胞培養(yǎng)子模塊跟隨神九發(fā)射，由宇航員攜帶進(jìn)入天宮一號(hào)并安裝在失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ本體中開展醫(yī)學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。失重生理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置Ⅱ用于進(jìn)行失重生理效應(yīng)防護(hù)的細(xì)胞機(jī)制研究，主要功能是在空間飛行時(shí)提供維持細(xì)胞正常生長的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的培養(yǎng)和固定，采集部分細(xì)胞生長圖像及生長環(huán)境參數(shù)；目的在于探索討論失重條件下，細(xì)胞因子對細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用，將解決細(xì)胞培養(yǎng)回路中多種試劑時(shí)序加注難題，聚焦微重力對細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)、細(xì)胞骨架、基因表達(dá)和相關(guān)功能及其分子機(jī)制影響，為針對關(guān)鍵的細(xì)胞信號(hào)分子開發(fā)相關(guān)的靶標(biāo)藥物及制定防護(hù)措施奠定基礎(chǔ)。

航天員的健身器

——骨丟失對抗儀

在失重環(huán)境中，作用于人體腿骨、脊椎骨等承重骨壓力驟減，同時(shí)，肌肉運(yùn)動(dòng)減少，對骨骼刺激相應(yīng)減弱，骨骼血液供應(yīng)也相應(yīng)減少，導(dǎo)致骨質(zhì)大量脫鈣并經(jīng)腎臟排出體外，這就是所謂的空間骨丟失?？臻g骨丟失，是最令航天醫(yī)學(xué)專家頭疼的航天員健康問題

研究所專門為航天員設(shè)計(jì)的“健身器”骨丟失對抗儀，也叫“對抗骨質(zhì)疏松的儀器”，是保證在太空飛行中的航天員身體健康的儀器之一。骨丟失對抗儀通過敲打人體小腿部位相應(yīng)穴位，刺激骨骼、改善血液循環(huán)，對抗骨質(zhì)疏松，保障骨骼健康。

目前，研究所已利用這項(xiàng)科研成果研制開發(fā)出一套民用級(jí)保健治療儀器，適用于不同人群。經(jīng)過試驗(yàn)，該儀器可促進(jìn)骨骼合成，有效抑制骨質(zhì)疏松發(fā)生，治療并抑制各種原因引起的骨質(zhì)疏松癥狀，同時(shí)加速血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，對消除疲勞有良好輔助作用。航天員的保健員——無創(chuàng)心功能測量儀

科學(xué)家通過對航天員的心血管功能測試采用連續(xù)、動(dòng)態(tài)和無創(chuàng)記錄動(dòng)、靜脈波信號(hào)的方法，采集左右心功能、體肺循環(huán)血液動(dòng)力學(xué)和心血管調(diào)節(jié)變化數(shù)據(jù)，開展心血管系統(tǒng)功能的綜合研究。

513所研制的無創(chuàng)心功能監(jiān)測儀，主要通過無創(chuàng)檢測航天員的每搏血壓、每搏量和血氧飽和度等生理參數(shù)，定期監(jiān)測航天員的身體狀態(tài)，被稱為航天員的健康保健員。

當(dāng)航天員在太空工作生活的時(shí)候，地面的工作人員可以通過無創(chuàng)心功能檢測儀在第一時(shí)刻了解航天員的身體狀態(tài)，航天員可以通過儀器上的指示燈了解儀器的工作狀態(tài)。因?yàn)槊總€(gè)航天員的生理參數(shù)有差別，在地面時(shí)，科研人員就根據(jù)每個(gè)航天員的生理參數(shù)對儀器內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，航天員操作對應(yīng)按鍵選擇檢測對象數(shù)據(jù)錄入，比如按鍵A代表景海鵬，按鍵B代表劉旺，按鍵c代表劉洋。每個(gè)航天員必須使用與他相對應(yīng)的按鍵，以保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。

衛(wèi)星工程“最強(qiáng)大腦”

——星載計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)的大腦，衛(wèi)星飛船也不例外。星載計(jì)算機(jī)產(chǎn)品作為研究所的“拳頭產(chǎn)品”，已成功應(yīng)用于我國載人航天、導(dǎo)航、遙感、通信等重點(diǎn)衛(wèi)星工程上。

在天宮一號(hào)和天宮二號(hào)上，研究所計(jì)算機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用于熱控、儀表照明、空間技術(shù)試驗(yàn)等分系統(tǒng)，作為“最強(qiáng)大腦”，有力保證了各分系統(tǒng)正常運(yùn)行。其中，儀表控制器是我國第一款用于航天的PowerPc高性能計(jì)算機(jī)，是天宮二號(hào)目標(biāo)飛行器儀表照明分系統(tǒng)的核心計(jì)算機(jī)；熱控分系統(tǒng)控制單元、溫度控制器等設(shè)備是飛船“太空空調(diào)”的重要組成部分，相當(dāng)于熱控分系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。

研究所研制的通用計(jì)算機(jī)是空間技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)的核心計(jì)算機(jī)，為后續(xù)空間站維修工作提供在軌驗(yàn)證和技術(shù)積累。

天地對話一線牽——無線話音系統(tǒng)

在天宮二號(hào)飛行器上，還搭載513所自主研制的無線話音設(shè)備。神舟十號(hào)航天員王亞平正是全程通過無線話音設(shè)備與地面課堂師生進(jìn)行互動(dòng)交流，全程40分鐘授課時(shí)間，通話質(zhì)量良好。該系統(tǒng)采用民用通信技術(shù)較為成熟的藍(lán)牙通信技術(shù)，在點(diǎn)對點(diǎn)傳播的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)航天員間無線通話及航天員與地面通話，并可同時(shí)使用無線語音設(shè)備進(jìn)行話音通信，解決了航天員在語音通信中無法在空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)任意活動(dòng)，以及在飛船?？科陂g航天員在軌道艙無法與地面通話等問題，提高了航天員在軌工作方便性。

在祖國載人航天事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，研究所廣大科研人員不忘初心，繼續(xù)前進(jìn)，大力弘揚(yáng)載人航天精神，以強(qiáng)烈政治責(zé)任感和歷史使命感，以對祖國的無比忠誠和對航天科技的無比熱愛，以“嚴(yán)肅、謹(jǐn)慎、細(xì)致、踏實(shí)”的工作作風(fēng)，以高標(biāo)準(zhǔn)的工作質(zhì)量確保高標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品質(zhì)量為我國載人航天事業(yè)不斷發(fā)展，貢獻(xiàn)著自己的力量，繼續(xù)創(chuàng)造中國載人航天事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的輝煌。

（作者單位：山東航天電子技術(shù)研究所）