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揭秘神舟飞船上的石英挠性加速度传感器技术

发布日期:2016-10-28     阅读251

中国航天科工三院33所研制的石英挠性加速度传感器和“神舟”飞船可谓渊源已久,从“神舟一号”到“神舟七号”,石英挠性加速度传感器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传感器组合的核心器件,石英挠性加速度传感器身兼数职,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。如今,在神舟十一号飞船发射成功之际,我们一起揭开这个屡建功勋的神秘惯性器件――石英挠性加速度传感器的神秘面纱。

实际上,石英挠性加速度传感器,就是一种可以精度测量加速度的传感器,是加速度传感器大家族中的一员。大家日常手机中使用的就有一种叫做MEMS加速度传感器的传感器,只是石英挠性加速度传感器比它精度更高、测得更准、应用领域也更广。

目前,33所的石英挠性加速度传感器技术位居国内第一,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。石英挠性加速度传感器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,石英挠性加速度传感器身材小得微不足道,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,使石英挠性加速度传感器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传感器进行特别设计,当大的力学冲击来临时,能迅速把给石英挠性加速度传感器带来的冲击化解。

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,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传感器的减振设计。随着“前辈”神舟八号发射升空,石英挠性加速度传感器也顺利经受住了考验,也开始了它的太空之旅。

石英挠性加速度传感器太空之旅的第二个障碍是密封问题。

随着飞船高度增加,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。为保证保证石英挠性加速度传感器的测量精度,必须对石英挠性加速度传感器实施密封。

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、冲击等严酷试验的考核,经过千锤百炼的石英挠性加速度传感器密封外衣终于问世,为石英挠性加速度传感器真空环境工作提供了一个坚实的屏障。

石英挠性加速度传感器太空之旅征程中的第三个障碍是温度控制。

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传感器的精度产生影响,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,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。

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