大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉彥偉 趙振昊 楊佳欣 易予生

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)

為了更好地利用太空資源,開(kāi)展空間科學(xué)試驗(yàn)、空間應(yīng)用試驗(yàn)、航天醫(yī)學(xué)試驗(yàn)和航天技術(shù)試驗(yàn)等項(xiàng)目,充分發(fā)揮載人航天的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)效益是載人航天器基本任務(wù)之一[1-3]。大型載人航天器一般由多個(gè)艙段組成,往往采取分步發(fā)射的方式,通過(guò)交會(huì)對(duì)接和轉(zhuǎn)位完成載人航天器的組裝建造[4-5]。大型載人航天器可在艙內(nèi)布置若干個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、在艙外設(shè)置暴露試驗(yàn)平臺(tái),持續(xù)支持開(kāi)展空間生命科學(xué)、微重力科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)、航天新技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)[4-5],每個(gè)試驗(yàn)載荷項(xiàng)目每天均產(chǎn)生大量載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù),需及時(shí)下傳至地面供科研人員研究。

國(guó)內(nèi)外航天器均設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)用于有效試驗(yàn)載荷的數(shù)據(jù)傳輸,常用數(shù)據(jù)總線包括:ML-STD-1553B總線、CAN總線、IEEE1394總線、SpaceWire總線[6-9]等。其中:ML-STD-1553B總線和CAN總線的通信速率較低,最大通信速率為1Mbit/s;IEEE1394總線的通信速率最大為400Mbit/s,通信距離僅為4.5m;SpaceWire總線的通信速率為2～400Mbit/s,通信距離為10m?！皣?guó)際空間站”為有效試驗(yàn)載荷專門設(shè)計(jì)了兩種數(shù)據(jù)總線,美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙采用光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網(wǎng)絡(luò),通信速率為100Mbit/s;歐洲航天局哥倫布艙采用IEEE802.4總線網(wǎng)絡(luò),通信速率為10Mbit/s[10]。我國(guó)載人航天器也為有效試驗(yàn)載荷專門設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)總線用于傳輸試驗(yàn)數(shù)據(jù),空間實(shí)驗(yàn)室采用IEEE1394總線,通信速率為100Mbit/s;貨運(yùn)飛船采用雙絞網(wǎng)線以太網(wǎng),通信速率最大為100Mbit/s[11-12]。從通信速率和傳輸距離來(lái)看,采用常用數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已不能滿足大型載人航天器空間試驗(yàn)載荷任務(wù)需求。

與常用數(shù)據(jù)總線相比,光纖以太網(wǎng)通信具有傳輸速率高、通信容量大、穩(wěn)定性高、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn),是航天器數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)闹匾l(fā)展方向[13-15]。大型載人航天器往往是按照艙段分步發(fā)射、在軌完成組裝,在空間試驗(yàn)載荷設(shè)計(jì)上有著顯著特點(diǎn):①試驗(yàn)載荷規(guī)模大:大型載人航天器在艙內(nèi)、艙外均可大規(guī)模支持空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)。艙內(nèi)可安裝幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)柜,每個(gè)實(shí)驗(yàn)柜均相對(duì)于將一個(gè)地面實(shí)驗(yàn)室搬到了太空,艙外可設(shè)計(jì)支持若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)艙外載荷,用于支持多學(xué)科的各類實(shí)驗(yàn)(試驗(yàn))項(xiàng)目[5];②試驗(yàn)數(shù)據(jù)量大:每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和艙外載荷在開(kāi)啟試驗(yàn)任務(wù)后,每天產(chǎn)生大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù),最多可達(dá)幾百個(gè)Gbyte的數(shù)據(jù)量,需及時(shí)下傳至地面;③數(shù)據(jù)傳輸要求高:載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)在載人航天器內(nèi)的傳輸時(shí)延和丟包率要求均比較高,傳輸時(shí)延要求在微妙級(jí),丟包率要求為0,即不能有數(shù)據(jù)丟失。針對(duì)大型載人航天器艙內(nèi)/艙外試驗(yàn)載荷多、試驗(yàn)數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)傳輸要求高的特點(diǎn),本文提出一種基于光纖以太網(wǎng)的大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,采用雙環(huán)+樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),配置千兆速率(1Gbit/s)和萬(wàn)兆速率(10Gbit/s)的光纖以太網(wǎng)接口,在艙內(nèi)通過(guò)已鋪設(shè)光纜與艙內(nèi)試驗(yàn)載荷互連、在艙外通過(guò)光纖在軌拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)與艙外試驗(yàn)載荷互連,為大型載人航天器艙內(nèi)外各類試驗(yàn)載荷提供高速數(shù)據(jù)傳輸和下行通道服務(wù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)用于傳輸空間試驗(yàn)載荷的各類應(yīng)用數(shù)據(jù),遵循以下基本原則。

(1)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。可適應(yīng)載人航天器單艙、兩艙、多艙多種飛行模式,具備網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的能力。

(2)數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化。物理接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口模塊,可適應(yīng)不同試驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)的傳輸。

(3)艙內(nèi)/艙外的覆蓋性。對(duì)空間試驗(yàn)載荷的支持最大化,網(wǎng)絡(luò)需覆蓋艙內(nèi)和艙外全部試驗(yàn)載荷,并為載荷提供最大的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為兩層:骨干傳輸層和匯聚接入層,采用雙環(huán)+樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。骨干傳輸層主要由各艙骨干交換機(jī)和穿艙光纖組成,骨干交換機(jī)均采用主備份冗余設(shè)計(jì),提供千兆速率和萬(wàn)兆速率的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接口,萬(wàn)兆光接口用于各艙之間載荷數(shù)據(jù)高速傳輸,千兆光接口用于與高速通信處理器連接。匯聚接入層由載荷信息主機(jī)和艙內(nèi)/艙外試驗(yàn)載荷終端(包含科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、艙外試驗(yàn)載荷等)構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)載荷接入載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯聚和傳輸。

在大型載人航天器各艙段單艙飛行階段,載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)呈現(xiàn)樹(shù)形結(jié)構(gòu),負(fù)責(zé)本艙段各載荷設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸。在大型載人航天器多艙段形成組合體后,通過(guò)穿艙光纖互聯(lián),大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)自主重構(gòu)形成雙環(huán)+樹(shù)形的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),完成載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)多艙并網(wǎng),建立艙段之間萬(wàn)兆速率的高速傳輸通道,負(fù)責(zé)大型載人航天器各艙載荷設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸。

中國(guó)山水畫的特別之處正因?yàn)樗且环N孕育五千年文化的承載，并追求超然物外的精神性因素，這是中國(guó)傳統(tǒng)文化的思想追求和體現(xiàn)，在師造化、師心、師萬(wàn)物的過(guò)程中追求筆墨精神的純化，繪畫的標(biāo)準(zhǔn)是多元的文化載體，尤其在東西方審美精神意趣以及標(biāo)準(zhǔn)的共同作用下，如何去寫生創(chuàng)作，怎樣是國(guó)畫藝術(shù)的最好表達(dá)，對(duì)于每一位畫家來(lái)說(shuō)本身的理解也是不盡相同的，但只要是用心，真心地表達(dá)自我，去抒發(fā)自我對(duì)筆墨、文化的理解則都可以看做是好的本體的最佳的表達(dá)和追求。

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Topology diagram of large manned spacecraft payload data transmission system

大型載人航天器各艙的骨干交換機(jī)采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)和研制,骨干交換機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的光纖以太網(wǎng)接口,支持萬(wàn)兆、千兆速率兩種光接口形式,每個(gè)端口均采用全雙工傳輸模式,萬(wàn)兆光接口符合IEEE 802.3ae規(guī)范,千兆光接口符合IEEE 802.3z規(guī)范。

1.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議體系,按照應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議處理。大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議體系如圖2所示。

圖2 大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議圖Fig.2 Ethernet protocol diagram of large manned spacecraft payload data transmission system

1.4 數(shù)據(jù)傳輸模式

大型載人航天器試驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)傳輸主要包括載荷數(shù)據(jù)內(nèi)部通信、載荷數(shù)據(jù)下行兩種模式。

載荷數(shù)據(jù)內(nèi)部通信時(shí)(無(wú)論跨艙通信或本艙載荷設(shè)備間通信),為了提高傳輸效率,減少傳輸延時(shí),骨干交換機(jī)根據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的MAC地址進(jìn)行二層交換,將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至接收設(shè)備端口。例如,艙段2載荷設(shè)備A向艙段1載荷設(shè)備B發(fā)送數(shù)據(jù)的載荷數(shù)據(jù)內(nèi)部通信示意圖如圖3所示。

圖3 載荷數(shù)據(jù)內(nèi)部通信模式示意圖Fig.3 Schematic diagram of payload data internal communication mode

載荷數(shù)據(jù)下行時(shí),骨干交換機(jī)根據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的IP地址和MAC地址進(jìn)行三層交換。

由載荷設(shè)備通過(guò)載荷信息主機(jī)將下行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送給本艙段的骨干交換機(jī),若通過(guò)本艙段的高速通信處理器下行,則由本艙段骨干交換機(jī)直接轉(zhuǎn)發(fā)至高速通信處理器(載荷數(shù)據(jù)下行模式1);若通過(guò)其他艙段的高速通信處理器下行,則由本艙段骨干交換機(jī)先轉(zhuǎn)發(fā)至其他艙段的骨干交換機(jī)、再轉(zhuǎn)發(fā)至高速通信處理器(載荷數(shù)據(jù)下行模式2);高速通信處理器按照IP over CCSDS協(xié)議將數(shù)據(jù)下行至地面,地面網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)恢復(fù)為正常的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀傳送至地面接收終端。

假設(shè)當(dāng)前通過(guò)艙段2的高速通信處理器下行數(shù)據(jù),分別以艙段2的載荷和艙段1的載荷為例,載荷數(shù)據(jù)下行通信模式示意圖如圖4和圖5所示。

圖4 載荷數(shù)據(jù)下行通信模式1示意圖Fig.4 Schematic diagram of payload data downlink communication mode

圖5 載荷數(shù)據(jù)下行通信模式2示意圖Fig.5 Schematic diagram of payload data downlink communication mode

1.5 光纖在軌拼接

基于光纖以太網(wǎng)的大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)支持的艙內(nèi)/艙外試驗(yàn)載荷均通過(guò)光纖接入,其中:艙內(nèi)試驗(yàn)載荷所用光纖為預(yù)先鋪設(shè),在發(fā)射前已完成連接;艙外試驗(yàn)載荷均在機(jī)械臂照料下通過(guò)載荷適配器(含主動(dòng)端和被動(dòng)端兩部分,被動(dòng)端安裝在暴露試驗(yàn)平臺(tái)上,主動(dòng)端與艙外試驗(yàn)載荷連接)完成在軌安裝、更換,其所需接入載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)光纖無(wú)法提前連接,需在軌對(duì)艙外載荷與大型載人航天器平臺(tái)之間光纖進(jìn)行自動(dòng)拼接。

光纖在軌拼接的關(guān)鍵在于載荷適配器主動(dòng)端與被動(dòng)端之間的光纖精準(zhǔn)對(duì)接,設(shè)計(jì)采用光纖浮動(dòng)連接器自動(dòng)插合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn),即:載荷適配器主動(dòng)端配置1個(gè)光纖浮動(dòng)連接器(頭)、載荷適配器被動(dòng)端配置1個(gè)光纖浮動(dòng)連接器(座),通過(guò)光纖浮動(dòng)連接器頭座之間的插合連接完成光纖在軌拼接。在大型載人航天器機(jī)械臂照料下,載荷適配器按照捕獲、粗導(dǎo)向、精導(dǎo)向的順序進(jìn)行主動(dòng)端、被動(dòng)端之間的捕獲、連接與鎖緊。載荷適配器主動(dòng)端捕獲被動(dòng)端后,在主動(dòng)端驅(qū)動(dòng)力矩作用下,完成主動(dòng)端、被動(dòng)端的導(dǎo)向、拉近、姿態(tài)校正,在精導(dǎo)向一段距離后進(jìn)一步完成主動(dòng)端、被動(dòng)端的光纖浮動(dòng)連接器的姿態(tài)自校正、插合連接,實(shí)現(xiàn)連接器內(nèi)部光纖的精準(zhǔn)對(duì)接,最終完成艙外試驗(yàn)載荷與艙內(nèi)載荷信息主機(jī)的光纖互連互通。

由于光信號(hào)對(duì)光纖端面接觸好壞較為敏感,而機(jī)械臂照料艙外試驗(yàn)載荷安裝時(shí)存在一定的操作偏差,載荷適配器的光纖浮動(dòng)連接器設(shè)計(jì)具有一定的容差能力,在光纖浮動(dòng)連接器插合過(guò)程中能夠自動(dòng)校正器件姿態(tài),確保光纖浮動(dòng)連接器的光纖端面接觸良好。

1.6 空間環(huán)境防護(hù)

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)針對(duì)空間環(huán)境開(kāi)展了防輻射設(shè)計(jì),從設(shè)備、系統(tǒng)兩個(gè)層面采取了如下設(shè)計(jì)措施。

1)設(shè)備層面

載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)核心設(shè)備為骨干交換機(jī),骨干交換機(jī)易受空間輻射影響的器件包括處理器、網(wǎng)絡(luò)交換芯片、光收發(fā)組件,針對(duì)這些器件重點(diǎn)開(kāi)展了單粒子防護(hù)設(shè)計(jì)。針對(duì)處理器,骨干交換機(jī)選用具備錯(cuò)誤檢查和糾正(ECC)功能的器件,在程序運(yùn)行時(shí)對(duì)單粒子效應(yīng)進(jìn)行檢錯(cuò)糾錯(cuò)。當(dāng)出現(xiàn)單比特錯(cuò)誤時(shí),處理器自動(dòng)完成糾錯(cuò)處理,消除單粒子事件對(duì)程序運(yùn)行區(qū)的錯(cuò)誤累積;當(dāng)發(fā)生2bit及以上錯(cuò)誤時(shí),自主進(jìn)行設(shè)備復(fù)位重載。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換芯片,設(shè)計(jì)定期對(duì)芯片自檢并上報(bào)結(jié)果,設(shè)置專門刷新芯片對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換芯片進(jìn)行定時(shí)刷新,防止單粒子效應(yīng)帶來(lái)的影響。針對(duì)光收發(fā)組件,骨干交換機(jī)軟件對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行三取二表決、對(duì)關(guān)鍵寄存器進(jìn)行定時(shí)刷新,在光收發(fā)組件發(fā)生單粒子翻轉(zhuǎn)或鎖定時(shí),軟件可自主對(duì)光收發(fā)組件進(jìn)行斷電再加電的重啟操作,及時(shí)消除空間單粒子對(duì)光收發(fā)組件的影響。

2)系統(tǒng)層面

載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)備骨干交換機(jī)、載荷信息主機(jī)均采用主備機(jī)冗余設(shè)計(jì),默認(rèn)情況下設(shè)備工作在主機(jī),當(dāng)主機(jī)受空間輻射影響而處置措施無(wú)效時(shí),可以通過(guò)地面指令切換至備機(jī),確保載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作;同時(shí),骨干交換機(jī)與載荷信息主機(jī)、骨干交換機(jī)與骨干交換機(jī)之間均采取光纖交叉冗余連接設(shè)計(jì),即兩兩設(shè)備之間同時(shí)有4條光纖鏈路,當(dāng)某條光纖鏈路出現(xiàn)故障時(shí),可及時(shí)切換至其他光纖鏈路,保證數(shù)據(jù)傳輸不受影響。

2 在軌飛行應(yīng)用

某個(gè)大型復(fù)雜載人航天器通過(guò)發(fā)射多個(gè)艙段、在軌完成了組裝建造,基于光纖以太網(wǎng)的載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,構(gòu)建了載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)并完成了多艙段組合體的并網(wǎng),為該大型載人航天器艙內(nèi)、艙外試驗(yàn)載荷建立了全方位的高速數(shù)據(jù)傳輸通道。

該大型載人航天器艙內(nèi)載荷信息主機(jī)、各個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜均已完成開(kāi)機(jī)在軌測(cè)試。利用載荷信息主機(jī)對(duì)載荷數(shù)據(jù)內(nèi)部通信、載荷數(shù)據(jù)下行傳輸模式進(jìn)行了在軌專項(xiàng)測(cè)試,在典型的艙間數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)下行傳輸速率下,測(cè)試無(wú)丟包,滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí),材料暴露試驗(yàn)裝置等若干個(gè)艙外試驗(yàn)載荷已出艙安裝至大型載人航天器艙外特定載荷適配器工位,完成了光纖在軌拼接,順利接入載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。經(jīng)在軌測(cè)試,各個(gè)艙外載荷已完成設(shè)備自檢和數(shù)據(jù)下行測(cè)試,設(shè)備工作正常,數(shù)據(jù)通過(guò)載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)下行正常。

經(jīng)過(guò)在軌飛行試驗(yàn),該大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為艙內(nèi)/艙外試驗(yàn)載荷提供的各項(xiàng)服務(wù)均正常,驗(yàn)證了基于光纖以太網(wǎng)的載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是合理、可行的。

3 展望

隨著以太網(wǎng)技術(shù)在航天器上的進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展,大型載人航天器在載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的后續(xù)發(fā)展可以體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1)基于光纖的Wi-Fi

為了便于后續(xù)任務(wù)擴(kuò)展,更加靈活的支持艙內(nèi)/艙外載荷試驗(yàn)任務(wù),基于成熟的5GHz Wi-Fi技術(shù),由航天員在艙內(nèi)布局一定數(shù)量的無(wú)線Wi-Fi設(shè)備,通過(guò)光纖接入到現(xiàn)有載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到1Gbit/s,能夠?yàn)榕撏庠囼?yàn)載荷、移動(dòng)類載荷(微小飛行器、立方星)提供高速數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸服務(wù)。

2)時(shí)間觸發(fā)(TTE)以太網(wǎng)

TTE以太網(wǎng)是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的時(shí)間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,其具備高傳輸速率(1Gbit/s)、良好兼容性、確定性、高可靠性的優(yōu)點(diǎn),成為國(guó)內(nèi)外航天器應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。當(dāng)前,TTE以太網(wǎng)已經(jīng)在國(guó)外航天領(lǐng)域得到了應(yīng)用,“獵戶座”載人飛船采用了TTE以太網(wǎng)用于數(shù)據(jù)傳輸,而國(guó)內(nèi)尚無(wú)報(bào)道有航天器應(yīng)用TTE以太網(wǎng)。TTE以太網(wǎng)兼容了時(shí)間觸發(fā)協(xié)議和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),能夠在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上兼容普通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流,可與現(xiàn)有載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行兼容。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型載人航天器載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基于光纖以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建,設(shè)備之間采用光纖互聯(lián),可滿足載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?具備以下優(yōu)勢(shì):①擴(kuò)展性好,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)能夠適應(yīng)大型載人航天器多種構(gòu)型模式,支持有線和無(wú)線接入,具備網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力;②傳輸速率高,艙間傳輸速率最高可達(dá)9.99Gbit/s、單個(gè)試驗(yàn)載荷接入速率可達(dá)1Gbit/s;③協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化,物理接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧均采用了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口模塊,能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)外各類試驗(yàn)載荷。

由于光纖非常細(xì),且光信號(hào)傳輸性能對(duì)光纖端面潔凈與否、接觸好壞較為敏感,載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)針對(duì)艙外試驗(yàn)載荷應(yīng)用存在以下薄弱環(huán)節(jié):

(1)由于艙外試驗(yàn)載荷以及所需的載荷適配器主動(dòng)端均為在軌安裝,其設(shè)備上的光接口以及光纖連接器在地面測(cè)試、試驗(yàn)、運(yùn)輸、艙內(nèi)安裝及自檢過(guò)程中存在引入灰塵等多余物的可能,若多余物控制不到位則將導(dǎo)致光纖端面不夠潔凈,影響光信號(hào)的傳輸性能,進(jìn)而影響載荷數(shù)據(jù)的傳輸。

(2)艙外試驗(yàn)載荷接入載荷數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)過(guò)程中,需完成光纖在軌拼接。載荷適配器及其光纖浮動(dòng)連接器均具備一定的姿態(tài)校正能力,但當(dāng)載人航天器機(jī)械臂操作偏差過(guò)大時(shí),存在姿態(tài)校正能力不足的問(wèn)題,可能會(huì)導(dǎo)致光纖浮動(dòng)連接器的光纖端面接觸不夠良好,影響光信號(hào)的傳輸性能,進(jìn)而影響載荷數(shù)據(jù)的傳輸。