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三院33所功勋“神器”再踏“神舟”飞天征程

发布时间:2016-10-20    信息来源: 中国航天科工三院

三院33所研制的石英挠性加速度计和“神舟”飞船可谓渊源已久,从“神舟一号”到“神舟七号”,石英挠性加速度计成功为飞船返回舱提供了精确的测量;从“神舟八号”到“神舟十号”,作为高精度石英挠性加速度计组合的核心器件,石英挠性加速度计身兼数职,为交会对接提供速度增量测量、为飞船姿态控制提供微重力测量、为飞船返回舱提供速度测量等。

石英挠性加速度计实际上就是一种可以精度测量加速度的传感器,是加速度计大家族中的一员。大家日常手机中使用的就有一种叫做MEMS加速度计的传感器,只是石英挠性加速度计比它精度更高、测得更准、应用领域也更广。目前33所的石英挠性加速度计技术位居国内第一,已广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、石油、岩土工程等诸多领域,为各类系统的导航、制导、控制、调平、监测等提供精确的加速度测量信号。

但要将这种加速度测量的“神器”完美应用在“神舟十一号”飞船上也绝非易事。

石英挠性加速度计太空之旅征途中的第一个障碍在于发射过程中受到的大的力学冲击。相对于神舟、神箭这样的庞然大物,石英挠性加速度计身材小得微不足道,但正是这种娇小才能发挥出高精度测量的优势。也正是这种精密的测量需求,使得石英挠性加速度计显得比较“娇气”,难于承受在火箭发射过程中、星箭分离的大冲击影响,因此需要给石英挠性加速度计设计一个“安全气囊”,当大的力学冲击来临时,能够迅速把给石英挠性加速度计带来的冲击化解。511所、203所、702所、三部……面对全新的试验环境,设计人员一次次跑遍了京内各环境试验室,向同行学习航天器的减振、减冲击设计,进行了上百次冲击摸底试验,并最终确定了石英挠性加速度计的减振设计。随着“前辈”神舟八号发射升空,石英挠性加速度计也顺利经受住了考验,也开始了它的太空之旅。

太空之旅固然浪漫,但是随着高度的增加,空气将越来越稀薄,大气压力也将越来越低,最终将接近于真空。为了保证正常工作,石英挠性加速度计身体内部密封了一个大气压的工艺气体,而在真空环境下,石英挠性加速度计内部的气体会向外泄漏,随着内部压力的降低,石英挠性加速度计的测量精度也将急剧下降。因此,为了保证交会对接高精度的测量要求,必须对石英挠性加速度计实施密封,即给石英挠性加速度计穿上一套密不透风的“外衣”,防止内部气体在真空环境下的泄漏。在通过对各种胶接剂的性能对比考核试验、胶接剂的成分配比反复验证,最终确定了石英挠性加速度计密封外衣材料用的胶接剂,并进行了精心的结构设计。为了充分保证密封的可靠性,又模拟太空使用环境,对这件密封外衣进行了振动、冲击、热循环、热真空等严酷试验的考核,经过千锤百炼的石英挠性加速度计密封外衣终于问世,为石英挠性加速度计真空环境工作提供了一个坚实的屏障。

石英挠性加速度计太空之旅征程中,随着飞船运行轨道的变化,环境温度会发生周期性的变化,而温度的变化会对石英挠性加速度计的精度产生影响,因此需要让它们始终工作在恒定的范围,让它们工作在一个“温室”环境下。针对太空中能源有限、环境温度变化大,五室设计人员开始了“温室”的设计工作,一切立足于简洁、可靠、高精度的设计思想,对“温室”进行了大量的试验验证和改进,最终既保证了“温室”的高精度恒温又保证了高可靠性。(文/魏超)