神舟十二成功发射背后，传感器扮演了哪些关键角色

01 神十二发射的意义

神舟十二号飞行任务是我国载人航天工程立项以来第19次飞行任务,也是我国空间站阶段的首次载人飞行任务。

神舟十二号载人飞船刷新了中国载人航天技术的新高度,完成五项“中国首次”,即首次实施载人飞船自主快速交会对接,首次实施绕飞空间站并与空间站径向交会,首次实现长期在轨停靠,首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力,首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。

翻开中国载人航天工程“三步走”战略,不难看出,神舟十二号飞行任务承上启下,十分关键。神舟十二号的成功发射,意味着我国第一座自主研发的空间站开始进入一个全新的篇章,开始验证解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

在今明两年中,我国共实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船以及4次载人飞船发射。

在这两年中,“验证”成为中国载人航天的关键词。除了首次启用载人飞船应急救援任务模式外,神舟十二号还将进一步验证载人天地往返运输系统的功能性能,全面验证航天员长期驻留保障技术,在轨验证航天员与机械臂共同完成出舱活动及舱外操作的能力,首次检验东风着陆场的搜索回收能力。

航天人的征程是星辰大海。随着我国北斗系统全球组网完成,北斗导航终端已经引入神舟十二号飞船设计之中,导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。神舟十二号飞船使用的控制计算机、数据管理计算机也完全使用国产CPU芯片,元器件和原材料全面实现自主可控。

02 布局太空和实现科技自立自强的意义

当前,太空进入商业化新时代,成为当前经济发展新的动力引擎。国防大学国家安全学院仲晶教授认为,太空领域正孕育着颠覆性和革命性的技术创新。美国、俄罗斯和欧洲等国家和地区正在大力发展太空互联网、太空3D打印、太空激光通信、量子导航技术等,这些技术的发展将颠覆传统认知,一旦取得突破,将完全改变我们的生产和生活方式。我国于2016年发射“墨子号”量子科学试验卫星和脉冲星导航试验卫星,一旦这些技术取得突破,将完全改变我们传统的通信和星际导航方式。

此外,伴随航天技术的井喷式发展和太空力量的迅猛推进,太空真正成为国家安全和军事斗争的制高点,在强国战略中发挥着重要作用。目前,人类社会的政治、经济、科技、军事等各个领域都离不开太空的支持。太空中的各种卫星为我们提供测绘、通信、导航、气象等各种信息与服务,维持社会体系的正常运转。可以说,没有太空的支撑,人类生活就无法正常进行。伴随人类对太空依赖性的不断增强,太空安全不仅是国家安全的重要组成部分,而且成为实现国家安全的先决条件。没有太空安全,就没有国家安全。尤其是在突发灾害和重大事故中,太空更是承担着重要角色。太空提供的各种情报信息、精准定位和快速数据分发能力是国家安全应急体系高效工作的基础与前提。通往太空之路无平坦大道,唯有革故鼎新、勇往直前。载人航天是航天领域技术难度最大、系统最复杂的工程。要建好一个国家太空实验室,不仅需要有强大的组织能力、保障能力,还需要不断创新。从神舟一号到神舟十二号,中国载人航天一路走来,证明了中国科技的自立自强,增强了中国人对实现高水平科技自立自强的自信。

北京航空航天大学公共管理学院院长蔡劲松教授在《国家治理》周刊刊文指出,科技自立自强是建设现代化国家的根本诉求,是以科技创新主动赢得国家发展主动的必然要求和战略选择。要坚持创新的逻辑,不断强化国家战略科技力量。提供各种情报信息、精准定位和快速数据分发能力是国家安全应急体系高效工作的基础与前提。

03 大航天时代,传感器扮演的关键角色及技术趋势

传感器作为航天器的“感官”和“神经”,遍布航天器的各个关键部位,是确保测得出、测得准、预测对、诊断灵,保障任务成功率的有效手段。例如,运载火箭中的控制系统、动力系统、推进剂利用系统、附加系统、遥测系统,载人飞行器中的故障检测与诊断系统、舱内环境控制与生命保障系统、逃逸救生系统、航天员舱外活动支持系统和再入式登陆系统等,都离不开传感器对航天器各关键部位工作状态的准确检测。载人航天器舱内密闭空间由于在轨环境的特殊性,在轨舱内环境监测传感器对于航天员安全就至关重要。美国国际空间站就是依靠高灵敏传感器的火灾预警,多次成功避免了国际空间站火灾悲剧的发生。在航天器二次变轨的过程中,需要为航天器提供用于改变飞行方向推进力,高精度压力传感器用于测量燃料罐压力,是控制点火、开启变轨飞行的关键器件,一旦传感器的测量精度超差或者失效,将直接导致变轨失败。2010年,俄罗斯质子-M火箭发射3颗GLONASS-M导航卫星,因燃料水平传感器超差导致加注燃料过量,使火箭“头部”重量超标,从而导致火箭飞行末期达到速度不够,未能正确入轨致使3颗导航卫星全部葬身于太平洋中。可见,传感器对于航天装备而言,地位重要,作用关键。

国内外航天飞行器的各大系统中,无一例外,都大量使用各种类型的传感器。例如,美国的航天飞机使用的传感器数量超过3500只。欧空局的Ariane5火箭上,在研制试验阶段使用传感器数量435只,通常一次飞行测量参数达570个,一次技术飞行测量参数达1100个。

我国航天任务中也大量使用各种类型的传感器,例如载人运载火箭中,单发使用传感器、变换器数量达到600余只,而新一代大型运载火箭单发使用传感器、变送器数量更是超过了1600只。但通过与美国航天飞机比较分析,可以看出我国对于遥测传感器的用量需求还有大幅的增长空间。

国内航天传感器经历了由仿制到自制、由少品种到多品种、由结构型到复合型、由低准确度到高准确度的发展历程,较好地满足了我国快速发展的各重点航天型号的测量需求,并逐步制定一系列的规范和标准,形成了各类航天特色鲜明的特种传感器产品系列,涵盖了压力、温度、液位、过载、振动、冲击、角速率、位移、流量、烧蚀、噪声、湿度、应变、风速、气体、辐射等测量参数。特别是近年来,在国家超高密度航天型号任务的牵引下,我国下一代航天传感器技术在新型MEMS智能传感器技术、极限环境特种传感器技术、高性能光学传感系统技术、无线传感网络技术方面取得了众多具有国际先进水平的成果。

今天,传感器技术飞速发展,传感器已经不再满足于仅仅能够检测被测对象的单一信息,而是集多参数信息测量、融合分析处理和高速传输于一体的智能传感器,世界级的微型化、芯片化、智能化和网络化等技术必将为大航天时代提供更全面、更精确、更智能的传感器。

参考文献:

1).中国航天科技集团官网,公众号

2).航天爱好者网

3).电科传感,公众号

4).智能传感专委会,公众号

5).《空间站核心舱器箭合体转运至发射区,目前发射场设施设备状态良好》,北京日报

6).《神舟十二号,准备好了》记者/薛晶,BY澎湃新闻(ID:thepapernews)

7).《荣耀!中国人又要飞起来了神舟十二号载人飞船的发射目的是什么》作者/智慧黑科技君,百家号

8).人民论坛网

9). 新华社微博、央视新闻微博

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