“探月工程成果凝结着我国几代航天人的智慧和心血,从一个侧面展示了我们这些年在科技自立自强上取得的显著成就,充分展现了中国人的志气、骨气和底气。”9月23日,习近平总书记在接见探月工程嫦娥六号任务参研参试人员代表时发表的重要讲话,让每一位航天工作者热血沸腾,对于三院高精度加速度计及组合的设计者来说,其中的意义更是不言而喻。
嫦娥六号任务中,三院研制的高精度加速度计及组合以优异性能为“嫦娥奔月”提供了稳定的加速度测量,而它们的故事,还要从更早说起。
从手绘图纸中走出的加速度计
上世纪七八十年代,在祖国航天事业快速发展的重要时期,不满足于惯控技术现状的飞航前辈们,秉承着超越创新的精神,将目光聚焦在了国际前沿技术领域。就这样,石英挠性加速度计走进了他们的视线之中。
为了得到精准的测量值,技术人员凭借愚公移山般的斗志不断探索、创新,从零开始展开石英挠性加速度计的技术攻关,靠着手工抄写、记录和编撰,逐步完善了石英挠性加速度计的知识谱系,为这个后来身经百战的测量元件绘制了最初的原理图。依靠数以万计的手写实验数据,记录下了加速度计在企盼与求索中的“新生”。
比照直尺画下的整齐表格中,密密麻麻的数据放到今天依然清晰可见;或笔直或曲折的流畅线条,汇聚成了一道道优美灵动的公式,蕴含着辛苦钻研与不断尝试后的点点心得。至今,这一本本泛黄的工作笔记仍在技术人员手中流传,上面记述了三院石英挠性加速度计研制的艰辛历程。
随着任务难度的变化,这位“航天新兵”先后经历了稳定性提升、真空环境适应性改造、温度环境适应提升等迭代过程,褪去青涩而越发成熟稳重。
搬走三座大山促成“太空之吻”
2008年,石英挠性加速度计迎来了一段崭新的“旅程”。加速度计将不再是“单兵作战”,而是与它的“翻译官”I/F转换电路进行功能整合,通过系统的优化,各个器件的兼容性和稳定性达到最优状态,确保了航天器交会对接过程中的精准测量。
想要做到最好并不容易,困难也接踵而至。
“摆在我们面前的有三座大山——标定方法、恒温环境和高精度转换电路,不搬走,研制工作根本没法进行。”技术人员黄工说。作为成功搬走第一座大山的主要功臣,黄工发明的标定方法让产品标定这一技术难题迎刃而解。“如果把加速度计组合比做一杆秤的话,产品标定就如同给这杆秤定准星,准星定不准,秤自然就称不准。” 此前所使用的标定方法需要不断地转换推算,步骤繁多,精度损失太严重,这样一来,任务所需要的指标根本达不到。黄工经过认真思考,将原本需要多个转换步骤的标定方法巧妙地变成了一步到位的全新方法,不但步骤简化,而且最大限度地保证了精度。这一方法经过不断完善,如今已成为业内类似产品的通用标定方法。
搬走了一座大山,还有两座。由于温度变化会对加速度计组合的精度产生重要影响,必须给加速度计设计一个“温室”,让它们始终工作在恒定的范围内,设计人员借鉴了院内其他成熟的产品设计方法,加以改进,顺利地“盖好了温室”。第三座大山,高精度I/F转换电路,这个负责把加速度计输出的信号“翻译”给控制电脑的“翻译官”,最终在电路设计人员的不懈努力下也被顺利攻克。
“研制过程中,我们每天满脑子都是各种试验。”团队主要成员于博士说道。为了考量该组合的可靠性,需要对产品进行包括力学、热学、电学三大门类十几种实验,持续两个月不间断。为此,三院组织了四十多人的实验队,不断轮换,确保实验不中断。
从接到任务到研制成功的三年时间里,团队追根究底,在细节上做足了文章。
精益求精 征途不止
2013年嫦娥三号成功着陆月球,2019年嫦娥四号首次月背软着陆,2020年嫦娥五号成功采样返回,石英挠性加速度计和高精度加速度计组合不断踏入新的征程。
2024年3月,鹊桥二号作为地月通信的“桥梁”,为嫦娥六号的“月背征途”提供了稳定可靠的中继通信服务,按照系统设计需求,研制人员为此次任务量身设计的加速度计组合上演一出科技的“热辣滚烫”,在体积重量上进行大瘦身,重新设计研制了单向双通道冗余加速度计组合,虽然只测量一个方向的加速度,但是该有的精度和性能一点都不含糊,还具备了冗余备份的功能,即便其中一个加速度计或电路出现故障,另一个也能立即顶替上阵,确保鹊桥二号始终能够感知到自身的运动状态。
正如习近平总书记所说,“探月工程聚焦关键核心技术领域持续攻关,走出一条高质量、高效益的月球探测之路,为我国航天事业发展、为人类探索宇宙空间作出了重大贡献。”在此,三院技术人员沿着不断创新突破、不断自我超越的攻关之路,助力探月工程实现一个又一个里程碑,与广大航天人一起迎来了嫦娥六号实现人类历史上首次月球背面采样的壮举。
在探月工程任务的牵引下,三院石英挠性加速度计和高精度加速度计组合件产品种类不断丰富,形成了多款产品,也走入了更多的应用领域。新的征程上,飞航人将继续秉持报国的赤子之心,做好每一件事,为祖国航天事业的不断发展壮大添砖加瓦。
(文/张航)