“黃金搭檔”助力“天和艙”完成精準調姿

2021年4月29日，空間站核心艙“天和艙”隨長征五號B運載火箭成功升空，到達預定軌道，按照程序設定，此時的“天和艙”必須“擺正姿態”，以迎接後續的任務，而以精準測量幫助它在茫茫太空微重力環境下準確調姿，正是中國航天科工三院33所石英撓性加速度計和IF轉換電路這對“黃金搭檔”的拿手好戲。

不是“新手”是“宿將”

33所技術人員透露，石英撓性加速度計負責測量

“天和艙”發動機在軌工作時產生的微弱加速度，將其作為電流信號輸出，而它的搭檔IF轉換電路則能夠準確將此信號“翻譯”成脈衝信號，從而為這對“搭檔”所隸屬的慣性測量單元“知曉”加速度乃至速度、位置等信息提供了最重要的前提。

關注航天的人應該注意到，這對“搭檔”其實是我國神舟、探月等任務的“全系標配”，從“神舟一號”到“神舟七號”，石英撓性加速度計成功為飛船返回艙提供了精確的測量；從“神舟八號”到“神舟十一號”，作為高精度石英撓性加速度計組合的核心器件，石英撓性加速度計身兼數職，為交會對接提供速度增量測量、為飛船姿態控制提供微重力測量、為飛船返回艙提供速度測量等；在已經完成的探月工程任務中，它都是不可或缺的重要產品，以其穩定的表現提供精準的測量數據。

不僅如此，該產品還廣泛應用於航天、航空、船舶、兵器、石油、岩土工程等諸多領域。

這樣優異的表現與產品的精妙設計和技術人員精益求精的工作是分不開的。

靠“天賦”更靠努力

作為測量的核心，石英撓性加速度計可謂“天賦異稟”。技術人員介紹，相較金屬材料，石英材料具備連續工作數萬小時而無疲勞影響的重要特性，從而能夠為精度的保持提供必要的前提，行業內稱之為“偏值穩定”。這一特性讓石英撓性加速度計成為當前慣性技術行業的不二選擇。

為了將這一“天賦”發揮到極致，33所技術人員還精心為加速度計做了兩項優化。

首先是充氣和密封。誕生於空氣環境下的石英撓性加速度計進入太空，最大的變數首先是真空環境的影響，為此，技術人員必須設法讓它工作在“熟悉”的環境下，腔體內充入特殊氣體採用特殊密封手段，產品的相關特性得到了有效的保障。

第二項是為加速度計穿上“電暖寶”。由於加速度計的測量精度與工作環境温度變化緊密相關，技術人員採用特殊裝置貼在加速度計表面，並通過加熱模塊精準加温，確保石英撓性加速度計始終工作在合適温度當中。

第一次與“三合一”

作為石英撓性加速度計的搭檔，IF轉換電路從名字裏就自帶“理工男”的氣質，低調且直白。

此次任務搭載的電路，嚴格來説，其實包括IF轉換、温度控制和電源三個模塊，只不過大家習慣簡單稱之為IF轉換電路。

此前的多次宇航任務中，以上三個模塊都是“分家單過”，也就意味着每隻石英撓性加速度計出征之時都要“拖家帶口”，不僅佔據空間，各類線纜之間也容易形成干擾。此次搭載的電路板則是“三合一”之後的產品，不僅空間縮減，各類特性也相較分開時也有了更好的表現。

為了產品可靠性更高，技術人員按照宇航任務的要求，在電容設置、電源入口保護等方面均按照多重冗餘的理念進行設計，讓故障概率將至微乎其微。

但真正給技術人員帶來的挑戰來自電源模塊，因為電壓變化幅度大，這讓原本已經無比成熟的設計與生產平添了幾分不確定性。

為了確保產品穩妥可靠，技術人員對焊接工藝做了針對性的革新，並採用了多媒體記錄操作的各個步驟，讓產品研製生產過程盡收眼底。

同時，為了摸透產品的性能，生產人員還對產品進行了各種環境試驗。

技術人員介紹表示，如此嚴苛只為篩選出“天賦”出眾且性能最可靠的產品。

據悉，石英撓性加速度計和IF轉換電路除了在本次任務中發揮作用，還將在天舟二號、神舟十二號等任務中一顯身手，技術人員表示，相關產品早已做好充足的測試驗證，期待它們的上佳表現。

另外，111廠承擔空間站天和艙的產品有小型停泊機構被動端以及分離螺母兩種產品。兩種產品用於核心艙連接接口和機械臂機構的壓緊與釋放。產品已成功經歷多次飛行試驗驗證。

（撰稿：唐新培）