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    “通信神器”拉進天地間 天舟四號貨運飛船成功發射

    時間 2022-05-11 08:31:18 來源:北京日報客戶端  

    5月10日,天舟四號貨運飛船在文昌航天發射場成功發射。在此次飛行任務中,中國航天科技集團八院的技術人員為天舟四號提供了通信、圖像、供電等多方面的“航天技術”保障。

    “通信神器”拉進天地間距離

    以太網通信已經成為當前空間站天地通信、器間通信的主流通信方式,極大便利了航天員在軌工作環境。中國航天科技集團八院電子所負責研制的高速通信處理器是貨運飛船以太網通信的重要組成部分,被大家戲稱為“通信神器”,集千兆網絡、光纖通信、高清圖像及話音等多項新技術于一身,是天地組網的中心樞紐。

    天舟四號高速通信處理系統采用分布式網絡交換架構,將音視頻、數據處理綜合業務集成于一臺,提高產品集成度同時大大降低研制成本。在網絡協議層面,實現了接口標準化以及協議通用化的組網需求,具備對空間站天地互聯網數據代傳功能,為空間站對地互聯網通信提供了另一條數據通道,為空間站天地網絡通信提供了又一份安全通信保障;具備天地互聯網組播分發功能,在不增加通道帶寬的情況下,使地面、空間站能同時收發視頻、音頻數據。

    此外,在天地上下行網絡通信容量方面,高速通信處理器具備靈活的適應能力,既保證了通道帶寬的高效利用,又確保了在擁塞情況下數據的可靠傳輸。好比城市快速高架路的上匝道,多條馬路的汽車匯聚到一條高架上,又有序分流到不同的車道,既不會道路癱瘓、大堵車,也不會找錯路口、開錯方向。同時,數據傳輸的安全關乎飛船任務成敗,高速通信處理器在網絡安全策略上有效解決了組網過程中非法用戶接入等相關問題,相比地面網絡通信更加可靠和安全。

    高清攝像拍出唯美太空“大片”

    太空“大片”的唯美、天宮課堂的直播、航天員出艙等場景的呈現,離不開電子所艙內外高清攝像機的實時監控。

    太空中的產品從來都不是簡單的拿來主義,由于空間環境的特殊,力學振動和沖擊導致結構散架、鏡頭離焦,以及空間輻射導致電子固件失效等問題,是商用攝像機上天必須要解決的難題。從圖紙設計到工藝實現再到車間生產,從內部電路板到外部鏡頭等光學組件,每個薄弱點都需要反復仿真論證和試驗驗證。

    貨運飛船首次使用了兩臺艙外高清攝像機:太陽翼攝像機和交會對接攝像機。這兩臺高清攝像機采用全數字化、一體化設計,集圖像采集、預處理、編碼、網絡傳輸功能于一體,具備高清、標清、照片三種編碼模式,可滿足不同的信道條件及用戶需求。太陽翼攝像機主要用于觀察太陽翼帆板的展開和在軌運行情況,交會對接攝像機則安裝在貨運飛船交會對接面,可實時監測飛船和空間站交會對接過程。

    而艙外高清攝像機所處的真空環境、空間輻照、極端的高低溫和太陽光照亮暗變換,都需要設計團隊考慮元器件、原材料選取、曝光算法構想和曝光參數調試、結構和軟件的抗輻加固設計及驗證等等諸多方面。艙外高清攝像機的負責人沈劍鋒帶領團隊充分驗證攝像機的艙外可靠應用,設計和開發了各種光學相機的裝配、試驗專用工裝和設備,逐項攻克和驗證每一個能指標。

    關鍵時刻能為核心艙供電千瓦

    八院811所研制的天舟四號電源分系統,不僅能為飛船提供充足的能量,其在整個空間站系統的運行過程中也發揮著重要作用。

    電源分系統既可以實現與空間站核心艙的雙向并網供電,關鍵時刻為核心艙提供千瓦的電力,也可通過空間站核心艙為神舟飛船供電,確保整個空間站的正常運行。盡管在這期間太陽帆板會受到不同程度的遮擋,導致其在光照區供電能力受到影響,但“大家好,才是真的好”,在空間站組合體變軌、推進補加、并網供電等大負載飛行事件發生時,貨運飛船電源分系統從未缺席。

    “天舟二號和天舟三號在軌運行期間,成功進行了貨運飛船與空間站核心艙組合體下的雙向并網供電試驗。組合體運行期間,貨運飛船多次通過空間站核心艙向神舟飛船提供了一千瓦左右的電力,確保貨運飛船正常運行的同時,解決了神舟飛船太陽帆板在大面積遮擋情況下供電能力受到影響的問題,充分驗證了空間站的智能用電模式。”八院811所電源分系統副主任設計師黃崢說道。天舟四號成功入軌后,將繼續傳承這一使命。

    八院811所電源分系統副主任設計師朱超介紹,一個月前,為了迎接天舟四號的到訪,天舟三號完成了從空間站天和核心艙后向端口向前向端口的繞飛動作。在這四個小時的繞飛過程中,貨運飛船電源分系統的太陽帆板一直處于垂直歸零狀態,光照條件較為惡劣,鋰離子蓄電池便勇于擔起了為飛船供電的責任。

    對于鋰離子蓄電池來說,工作時間從正常在軌的連續幾十分鐘加長到連續四個小時,且負載額定功率也大大增加,是一次“高要求”的挑戰。但研制人員對此胸有成竹,有前期開展的包括深度放電在內的各種試驗做基礎,鋰離子蓄電池在天舟三號的繞飛過程中表現優異。(來源:北京日報客戶端 | 記者 劉蘇雅 通訊員 劉甡 劉艷麗 繆新培)

    標簽: 通信神器 天舟四號 貨運飛船 成功發射

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