慣測(cè)小分隊(duì) “掌握”加速度
文章來(lái)源：中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2020-12-17
“嫦娥五號(hào)”圓滿實(shí)現(xiàn)月球軌道下的首次自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，順利攜帶月壤標(biāo)本返回探測(cè)器。一路以穩(wěn)定可靠的表現(xiàn)為嫦娥五號(hào)提供高精度加速度信息，為這次交會(huì)對(duì)接穩(wěn)住速度的是中國(guó)航天科工三院研制的高精度加速度計(jì)組合、石英撓性加速度計(jì)及I/F轉(zhuǎn)換電路組成的“慣測(cè)小分隊(duì)”。
中國(guó)航天科工有關(guān)專家表示：“要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，需要以非常精確的控制來(lái)確保軌道返回組合體與上升器之間的相對(duì)速度盡可能小，而加速度反映的恰恰是速度變化的情況。交會(huì)對(duì)接時(shí)的加速度，只有探測(cè)器升空過(guò)程中最大加速度的千萬(wàn)分之一量級(jí)，高精度加速度計(jì)組合能夠?qū)崿F(xiàn)微小加速度的精準(zhǔn)測(cè)量?！?/p>
換言之，有了這支“慣測(cè)小分隊(duì)”的助力，這次38萬(wàn)公里外的 “太空牽手”才不會(huì)“擦肩而過(guò)”。
加速度計(jì)組合研制人員正在進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)
組合“隊(duì)長(zhǎng)” 帶著“坐墊”去遠(yuǎn)行
此次交會(huì)對(duì)接階段，主要實(shí)施加速度測(cè)量的高精度加速度計(jì)組合是這支“慣測(cè)小分隊(duì)”中的“隊(duì)長(zhǎng)”，這已經(jīng)是它第三次陪伴“嫦娥”遠(yuǎn)赴月宮。為了能夠給“嫦娥”提供高精度、高可靠的測(cè)量表現(xiàn)，組合采用了獨(dú)特的冗余設(shè)計(jì)方案，任務(wù)可靠度可達(dá)0.999983，曾以完美的表現(xiàn)助力“嫦娥三號(hào)”、“嫦娥四號(hào)”任務(wù)圓滿成功。
“此次任務(wù)，組合主要承擔(dān)探測(cè)器在地月轉(zhuǎn)移、環(huán)月飛行、月球軌道交會(huì)對(duì)接和月地轉(zhuǎn)移階段的平動(dòng)加速度測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器沿軌道飛行和交會(huì)對(duì)接過(guò)程中平穩(wěn)、準(zhǔn)確的機(jī)動(dòng)控制。” 三院33所高精度加速度計(jì)組合主任設(shè)計(jì)師于華男介紹說(shuō)。
為了這一次“遠(yuǎn)行”，研制團(tuán)隊(duì)特地為組合產(chǎn)品增加了新部件——內(nèi)部減振器。由于此次飛行對(duì)組合的抗沖擊特性提出了更高的要求，增加內(nèi)部減振器就像是給組合增加了一組吸振隔振的“坐墊”，有了這些“坐墊”的加持，即使外界環(huán)境存在較大的沖擊和振動(dòng)，加速度計(jì)組合仍能在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下正常工作。
然而，減振器的設(shè)計(jì)和安裝可不像加“坐墊”那樣簡(jiǎn)單。三院33所設(shè)計(jì)師付繼波介紹說(shuō)：“減振器安裝在組合的多個(gè)位置，就像是墊在了柜子的四角，受到?jīng)_擊時(shí)各減振器的變形量存在微小差別，‘墊子’不等高了，加速度計(jì)組合就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即使是非常微小的轉(zhuǎn)動(dòng)也會(huì)對(duì)測(cè)量精度帶來(lái)很大的影響?！睘楸M可能消除轉(zhuǎn)動(dòng)變形，團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)多月的時(shí)間進(jìn)行了大量的沖擊試驗(yàn)，徹底摸清減振器在不同位置、不同沖擊條件和不同安裝方式下的形變量，最終將形變量控制在了角秒級(jí)，確保組合測(cè)量精度不受影響。
“金牌搭檔”保障全程加速度
“小分隊(duì)”中的石英撓性加速度計(jì)和I/F轉(zhuǎn)換電路是一組“金牌搭檔”，在此次任務(wù)中，這對(duì)“金牌搭檔”“承包”了“嫦娥五號(hào)”月宮之旅全程各關(guān)鍵階段的加速度測(cè)量任務(wù)——不僅在高精度加速度計(jì)組合產(chǎn)品中應(yīng)用，還在著陸上升組合體和返回器的IMU（慣性測(cè)量單元）中扮演關(guān)鍵角色。
石英撓性加速度計(jì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)
作為加速度測(cè)量的核心器件，這對(duì)搭檔可謂是功勛神器，曾先后助力神舟系列飛船的11次飛行任務(wù)和“天舟”“嫦娥三號(hào)”“嫦娥四號(hào)”任務(wù)，連戰(zhàn)連捷；I/F轉(zhuǎn)換電路還以其高可靠性、高精度的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換能力，在長(zhǎng)征四號(hào)、長(zhǎng)征六號(hào)系列火箭和新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙中成功應(yīng)用。
石英撓性加速度計(jì)是敏感加速度的關(guān)鍵傳感器，I/F轉(zhuǎn)換電路則能夠?qū)⒓铀俣扔?jì)輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字脈沖信號(hào)。由于在探測(cè)器的不同部分承擔(dān)的任務(wù)各不相同，研制團(tuán)隊(duì)分別為加速度計(jì)配備了不同量程的I/F轉(zhuǎn)換電路?！靶盘?hào)轉(zhuǎn)換的過(guò)程就像是用天平和砝碼給信號(hào)‘稱重’，加速度變化量大電流信號(hào)變化量也大，則需要使用大的‘砝碼’，” I/F轉(zhuǎn)換電路主任設(shè)計(jì)師趙洪利這樣比喻。
在交會(huì)對(duì)接和軌道控制過(guò)程中，軌道器加速度的變化量不大，團(tuán)隊(duì)采用小量程的轉(zhuǎn)換電路，能夠在同等條件下提供更高精度的加速度測(cè)量信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器更加精準(zhǔn)的速度控制；而在月面著陸和返回再入階段，加速度變化量大，則采用“砝碼較大”的大量程轉(zhuǎn)換電路，滿足對(duì)加速度信息的完整覆蓋，確保“嫦娥”飛行全程的速度變化盡在掌握。
【責(zé)任編輯：家正】
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