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“通信神器”拉进天地间 天舟四号货运飞船成功发射

时间 2022-05-11 08:31:18 来源:北京日报客户端  

5月10日,天舟四号货运飞船在文昌航天发射场成功发射。在此次飞行任务中,中国航天科技集团八院的技术人员为天舟四号提供了通信、图像、供电等多方面的“航天技术”保障。

“通信神器”拉进天地间距离

以太网通信已经成为当前空间站天地通信、器间通信的主流通信方式,极大便利了航天员在轨工作环境。中国航天科技集团八院电子所负责研制的高速通信处理器是货运飞船以太网通信的重要组成部分,被大家戏称为“通信神器”,集千兆网络、光纤通信、高清图像及话音等多项新技术于一身,是天地组网的中心枢纽。

天舟四号高速通信处理系统采用分布式网络交换架构,将音视频、数据处理综合业务集成于一台,提高产品集成度同时大大降低研制成本。在网络协议层面,实现了接口标准化以及协议通用化的组网需求,具备对空间站天地互联网数据代传功能,为空间站对地互联网通信提供了另一条数据通道,为空间站天地网络通信提供了又一份安全通信保障;具备天地互联网组播分发功能,在不增加通道带宽的情况下,使地面、空间站能同时收发视频、音频数据。

此外,在天地上下行网络通信容量方面,高速通信处理器具备灵活的适应能力,既保证了通道带宽的高效利用,又确保了在拥塞情况下数据的可靠传输。好比城市快速高架路的上匝道,多条马路的汽车汇聚到一条高架上,又有序分流到不同的车道,既不会道路瘫痪、大堵车,也不会找错路口、开错方向。同时,数据传输的安全关乎飞船任务成败,高速通信处理器在网络安全策略上有效解决了组网过程中非法用户接入等相关问题,相比地面网络通信更加可靠和安全。

高清摄像拍出唯美太空“大片”

太空“大片”的唯美、天宫课堂的直播、航天员出舱等场景的呈现,离不开电子所舱内外高清摄像机的实时监控。

太空中的产品从来都不是简单的拿来主义,由于空间环境的特殊,力学振动和冲击导致结构散架、镜头离焦,以及空间辐射导致电子固件失效等问题,是商用摄像机上天必须要解决的难题。从图纸设计到工艺实现再到车间生产,从内部电路板到外部镜头等光学组件,每个薄弱点都需要反复仿真论证和试验验证。

货运飞船首次使用了两台舱外高清摄像机:太阳翼摄像机和交会对接摄像机。这两台高清摄像机采用全数字化、一体化设计,集图像采集、预处理、编码、网络传输功能于一体,具备高清、标清、照片三种编码模式,可满足不同的信道条件及用户需求。太阳翼摄像机主要用于观察太阳翼帆板的展开和在轨运行情况,交会对接摄像机则安装在货运飞船交会对接面,可实时监测飞船和空间站交会对接过程。

而舱外高清摄像机所处的真空环境、空间辐照、极端的高低温和太阳光照亮暗变换,都需要设计团队考虑元器件、原材料选取、曝光算法构想和曝光参数调试、结构和软件的抗辐加固设计及验证等等诸多方面。舱外高清摄像机的负责人沈剑锋带领团队充分验证摄像机的舱外可靠应用,设计和开发了各种光学相机的装配、试验专用工装和设备,逐项攻克和验证每一个能指标。

关键时刻能为核心舱供电千瓦

八院811所研制的天舟四号电源分系统,不仅能为飞船提供充足的能量,其在整个空间站系统的运行过程中也发挥着重要作用。

电源分系统既可以实现与空间站核心舱的双向并网供电,关键时刻为核心舱提供千瓦的电力,也可通过空间站核心舱为神舟飞船供电,确保整个空间站的正常运行。尽管在这期间太阳帆板会受到不同程度的遮挡,导致其在光照区供电能力受到影响,但“大家好,才是真的好”,在空间站组合体变轨、推进补加、并网供电等大负载飞行事件发生时,货运飞船电源分系统从未缺席。

“天舟二号和天舟三号在轨运行期间,成功进行了货运飞船与空间站核心舱组合体下的双向并网供电试验。组合体运行期间,货运飞船多次通过空间站核心舱向神舟飞船提供了一千瓦左右的电力,确保货运飞船正常运行的同时,解决了神舟飞船太阳帆板在大面积遮挡情况下供电能力受到影响的问题,充分验证了空间站的智能用电模式。”八院811所电源分系统副主任设计师黄峥说道。天舟四号成功入轨后,将继续传承这一使命。

八院811所电源分系统副主任设计师朱超介绍,一个月前,为了迎接天舟四号的到访,天舟三号完成了从空间站天和核心舱后向端口向前向端口的绕飞动作。在这四个小时的绕飞过程中,货运飞船电源分系统的太阳帆板一直处于垂直归零状态,光照条件较为恶劣,锂离子蓄电池便勇于担起了为飞船供电的责任。

对于锂离子蓄电池来说,工作时间从正常在轨的连续几十分钟加长到连续四个小时,且负载额定功率也大大增加,是一次“高要求”的挑战。但研制人员对此胸有成竹,有前期开展的包括深度放电在内的各种试验做基础,锂离子蓄电池在天舟三号的绕飞过程中表现优异。(来源:北京日报客户端 | 记者 刘苏雅 通讯员 刘甡 刘艳丽 缪新培)

标签: 通信神器 天舟四号 货运飞船 成功发射

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