慣測小分隊 “掌握”加速度
文章來源：中國航天科工集團有限公司 發(fā)布時間：2020-12-17
“嫦娥五號”圓滿實現(xiàn)月球軌道下的首次自動交會對接，順利攜帶月壤標本返回探測器。一路以穩(wěn)定可靠的表現(xiàn)為嫦娥五號提供高精度加速度信息，為這次交會對接穩(wěn)住速度的是中國航天科工三院研制的高精度加速度計組合、石英撓性加速度計及I/F轉(zhuǎn)換電路組成的“慣測小分隊”。
中國航天科工有關(guān)專家表示：“要實現(xiàn)自動交會對接，需要以非常精確的控制來確保軌道返回組合體與上升器之間的相對速度盡可能小，而加速度反映的恰恰是速度變化的情況。交會對接時的加速度，只有探測器升空過程中最大加速度的千萬分之一量級，高精度加速度計組合能夠?qū)崿F(xiàn)微小加速度的精準測量。”
換言之，有了這支“慣測小分隊”的助力，這次38萬公里外的 “太空牽手”才不會“擦肩而過”。
加速度計組合研制人員正在進行測試試驗
組合“隊長” 帶著“坐墊”去遠行
此次交會對接階段，主要實施加速度測量的高精度加速度計組合是這支“慣測小分隊”中的“隊長”，這已經(jīng)是它第三次陪伴“嫦娥”遠赴月宮。為了能夠給“嫦娥”提供高精度、高可靠的測量表現(xiàn)，組合采用了獨特的冗余設(shè)計方案，任務(wù)可靠度可達0.999983，曾以完美的表現(xiàn)助力“嫦娥三號”、“嫦娥四號”任務(wù)圓滿成功。
“此次任務(wù)，組合主要承擔探測器在地月轉(zhuǎn)移、環(huán)月飛行、月球軌道交會對接和月地轉(zhuǎn)移階段的平動加速度測量，以實現(xiàn)對探測器沿軌道飛行和交會對接過程中平穩(wěn)、準確的機動控制。” 三院33所高精度加速度計組合主任設(shè)計師于華男介紹說。
為了這一次“遠行”，研制團隊特地為組合產(chǎn)品增加了新部件——內(nèi)部減振器。由于此次飛行對組合的抗沖擊特性提出了更高的要求，增加內(nèi)部減振器就像是給組合增加了一組吸振隔振的“坐墊”，有了這些“坐墊”的加持，即使外界環(huán)境存在較大的沖擊和振動，加速度計組合仍能在相對穩(wěn)定的環(huán)境下正常工作。
然而，減振器的設(shè)計和安裝可不像加“坐墊”那樣簡單。三院33所設(shè)計師付繼波介紹說：“減振器安裝在組合的多個位置，就像是墊在了柜子的四角，受到?jīng)_擊時各減振器的變形量存在微小差別，‘墊子’不等高了，加速度計組合就會發(fā)生轉(zhuǎn)動，即使是非常微小的轉(zhuǎn)動也會對測量精度帶來很大的影響。”為盡可能消除轉(zhuǎn)動變形，團隊用兩個多月的時間進行了大量的沖擊試驗，徹底摸清減振器在不同位置、不同沖擊條件和不同安裝方式下的形變量，最終將形變量控制在了角秒級，確保組合測量精度不受影響。
“金牌搭檔”保障全程加速度
“小分隊”中的石英撓性加速度計和I/F轉(zhuǎn)換電路是一組“金牌搭檔”，在此次任務(wù)中，這對“金牌搭檔”“承包”了“嫦娥五號”月宮之旅全程各關(guān)鍵階段的加速度測量任務(wù)——不僅在高精度加速度計組合產(chǎn)品中應(yīng)用，還在著陸上升組合體和返回器的IMU（慣性測量單元）中扮演關(guān)鍵角色。
石英撓性加速度計生產(chǎn)現(xiàn)場
作為加速度測量的核心器件，這對搭檔可謂是功勛神器，曾先后助力神舟系列飛船的11次飛行任務(wù)和“天舟”“嫦娥三號”“嫦娥四號”任務(wù)，連戰(zhàn)連捷；I/F轉(zhuǎn)換電路還以其高可靠性、高精度的測量信號轉(zhuǎn)換能力，在長征四號、長征六號系列火箭和新一代載人飛船試驗船返回艙中成功應(yīng)用。
石英撓性加速度計是敏感加速度的關(guān)鍵傳感器，I/F轉(zhuǎn)換電路則能夠?qū)⒓铀俣扔嬢敵龅碾娏餍盘栟D(zhuǎn)換為適合計算機處理的數(shù)字脈沖信號。由于在探測器的不同部分承擔的任務(wù)各不相同，研制團隊分別為加速度計配備了不同量程的I/F轉(zhuǎn)換電路。“信號轉(zhuǎn)換的過程就像是用天平和砝碼給信號‘稱重’，加速度變化量大電流信號變化量也大，則需要使用大的‘砝碼’，” I/F轉(zhuǎn)換電路主任設(shè)計師趙洪利這樣比喻。
在交會對接和軌道控制過程中，軌道器加速度的變化量不大，團隊采用小量程的轉(zhuǎn)換電路，能夠在同等條件下提供更高精度的加速度測量信息，以實現(xiàn)對探測器更加精準的速度控制；而在月面著陸和返回再入階段，加速度變化量大，則采用“砝碼較大”的大量程轉(zhuǎn)換電路，滿足對加速度信息的完整覆蓋，確保“嫦娥”飛行全程的速度變化盡在掌握。
【責任編輯：家正】
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