文章來源：中國航天科工集團(tuán)公司 發(fā)布時間：2016-10-21
中國航天科工三院33所研制的石英撓性加速度計和“神舟”飛船可謂淵源已久，從“神舟一號”到“神舟七號”，石英撓性加速度計成功為飛船返回艙提供了精確的測量；從“神舟八號”到“神舟十號”，作為高精度石英撓性加速度計組合的核心器件，石英撓性加速度計身兼數(shù)職，為交會對接提供速度增量測量、為飛船姿態(tài)控制提供微重力測量、為飛船返回艙提供速度測量等。如今，在“神舟十一號”發(fā)射成功之際，我們一起揭開這個屢建功勛的神秘慣性器件――石英撓性加速度計的神秘面紗。
石英撓性加速度計實際上就是一種可以精度測量加速度的傳感器，是加速度計大家族中的一員。大家日常手機(jī)中使用的就有一種叫做MEMS加速度計的傳感器，只是石英撓性加速度計比它精度更高、測得更準(zhǔn)、應(yīng)用領(lǐng)域也更廣。目前33所的石英撓性加速度計技術(shù)位居國內(nèi)第一，已廣泛應(yīng)用于航天、航空、船舶、兵器、石油、巖土工程等諸多領(lǐng)域，為各類系統(tǒng)的導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制、調(diào)平、監(jiān)測等提供精確的加速度測量信號。
但要將這種加速度測量的“神器”完美應(yīng)用在“神舟十一號”飛船上也絕非易事。
石英撓性加速度計太空之旅征途中的第一個障礙在于發(fā)射過程中受到的大的力學(xué)沖擊。相對于神舟、神箭這樣的龐然大物，石英撓性加速度計身材小得微不足道，但正是這種嬌小才能發(fā)揮出高精度測量的優(yōu)勢。也正是這種精密的測量需求，使得石英撓性加速度計顯得比較“嬌氣”，難于承受在火箭發(fā)射過程中、星箭分離的大沖擊影響，因此需要給石英撓性加速度計進(jìn)行特別設(shè)計，當(dāng)大的力學(xué)沖擊來臨時，能夠迅速把給石英撓性加速度計帶來的沖擊化解。面對全新的試驗環(huán)境，設(shè)計人員一次次跑遍了京內(nèi)各環(huán)境試驗室，學(xué)習(xí)航天器的減振、減沖擊設(shè)計，進(jìn)行了上百次沖擊摸底試驗，并最終確定了石英撓性加速度計的減振設(shè)計。隨著“前輩”神舟八號發(fā)射升空，石英撓性加速度計也順利經(jīng)受住了考驗，也開始了它的太空之旅。
太空之旅固然浪漫，但是隨著高度的增加，空氣將越來越稀薄，大氣壓力也將越來越低，最終將接近于真空。為了保證保證石英撓性加速度計的測量精度，必須對石英撓性加速度計實施密封，即給石英撓性加速度計穿上一套密不透風(fēng)的“外衣”。為了充分保證密封的可靠性，又模擬太空使用環(huán)境，對這件密封外衣進(jìn)行了振動、沖擊等嚴(yán)酷試驗的考核，經(jīng)過千錘百煉的石英撓性加速度計密封外衣終于問世，為石英撓性加速度計真空環(huán)境工作提供了一個堅實的屏障。
石英撓性加速度計太空之旅征程中，隨著飛船運(yùn)行軌道的變化，環(huán)境溫度會發(fā)生周期性的變化，而溫度的變化會對石英撓性加速度計的精度產(chǎn)生影響，因此需要讓它們始終工作在恒定的范圍，讓它們工作在一個“溫室”環(huán)境下。針對太空中能源有限、環(huán)境溫度變化大，設(shè)計人員開始了“溫室”的設(shè)計工作，一切立足于簡潔、可靠、高精度的設(shè)計思想，對“溫室”進(jìn)行了大量的試驗驗證和改進(jìn)，最終既保證了“溫室”的高精度恒溫又保證了高可靠性。