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高精度加速度計組合助力嫦娥三號hold住速度

發布時間:2013-12-19

  中新網北京12月18日電 (歐陽開宇 黃忠魁 唐新培)2013年12月14日,滿載著國人憧憬與夢想的嫦娥三號飄然落月,書寫了我國航天事業發展新的裏程碑,而一路上幫“她”hold住飛行速度,實現精確的變軌控製和平穩、準確的著陸控製的關鍵設備之一,是中國航天科工三院33所研製的加速度計組合。
  眾所周知,在本次嫦娥太空飛行任務中,包含了地月轉移變軌、環月軌道保持和動力下降三個關鍵階段,在此過程中,速度控製都是關鍵因素,而精準測量各個階段速度變化(即加速度)正是加速度計組合件的拿手好戲。探月加速度計組合件主要由石英撓性加速度計、配套電路、結構本體三部件組成,其核心部件石英撓性加速度計正是助力神舟係列飛船飛行任務十戰十捷的功勳產品。而且,相比神舟十號用三軸加速度計組合,探月工程用加速度計組合件測量精度提升了兩成,溫度工作範圍提高了一倍。
  而且,與神舟係列用三軸加速度計組合相比,此次組合還有另外兩大優勢。一是探月工程用加速度計組合件采用新型六軸傘狀的冗餘設計方案,即六隻加速度計像雨傘骨架一樣均勻排列在一個圓錐麵上,這種結構設計的產品在國內尚未見到公開報道。產品副主任設計師黃程友解釋說,常規的三軸正交設計方案,若其中一個軸發生故障時,整個單機則故障,因此其可靠性隻有0.9908,而六軸設計的可靠度預計可達0.99998,遠高於三軸加速度計組合,因而整星僅使用了1台單機,即能滿足可靠性設計要求,在成本、體積、重量、功耗方麵都具有極的大的優勢。
  另一大優勢是該產品具有很好的故障檢測能力。該方案下,完成整星三個軸向的加速度測量共有20種組合選擇方案,若某一軸工作異常,則含有這個軸的所有組合解算結果也異常。對20種組合方案進行解算,根據解算結果對是否存在工作異常軸進行判斷,從而剔除工作異常的軸,保證工作正常的組合參與控製。這就好比將一支6人組成的樂隊任意抽出3人組成小樂隊進行演奏,通過判斷這20支小樂隊中哪幾支的發揮明顯出現問題來定位到其中濫竽充數的樂手,從而剔除出去,確保其他水平正常的樂手繼續擔當演奏任務。
  據一直工作在測控大廳的黃程友介紹,在“嫦娥三號”落月的過程中,他主要負責觀測加速度計組合的各項輸出是否正常,包括加速度輸出、電源遙測和溫度遙測,以此來判斷產品的工作是否正常。
  黃程友激動地說:“剛開始大家甚至還對33所產品的精度有所疑慮,結果,近月製動6分鍾的數據表明,33所加速度計組合精度遠超預期。”在地月轉移變軌和近月製動過程中,有過3次發動機點火,總體通過地麵測控能夠對嫦娥三號的速度增量進行測量,測量精度很高,可以對加速度計組合的精度進行評判,評判結果為“表現完美”。
  據了解,在落月過程開始時,首先是使用加速度計和陀螺儀組成慣導係統,使用慣性導航進行落月的高度和位置測量,加速度計處於主要地位,同時配合微波測距等單機進行測量。當下降到一定高度時,其它單機進行接力,共同完成嫦娥的精準落月。總體單位評價33所加速度計組合是嫦娥落月的關鍵產品。
  “在大廳,每一次短暫的掌聲和握手後,大家都會迅速的投入到下一階段的工作,每一次掌聲就像一粒定心丸,給大家注入不斷前行的能量和勇氣。這是驚心動魄的720秒,這一步,標誌著我國成為世界上第三個實現月球軟著陸的國家,而且一次成功。”已經完成任務歸來的黃程友仍難掩心頭的激動。
  據悉,33所加速度計組合在這次登月任務中,還承擔著標定7500N發動機的作用,這個新研製的發動機第一次上天使用,對其輸出的真實功率,需要33所的產品進行標定和驗證。
  “嫦娥”三號所用的33所加速度計的技術實力目前在國內居於領先地位,以此技術為基礎,33所開發了性能優良的民用產品,其中,最具代表性的產品包括地質災害監測係統、無線隨鑽測量係統和磁性連續測斜儀等,地質災害監測係統曾成功應用於汶川地震救災和舟曲災後重建,無線隨鑽測量係統和磁性連續測斜儀則分別應用在油田的鑽井和測井過程。



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