高精度加速度计组合助力嫦娥三号hold住速度

2013-12-19 11:15 测控要闻   

导读2013年12月14日,满载着国人憧憬与梦想的嫦娥三号飘然落月,书写了我国航天事业发展新的里程碑,而一路上帮“她”hold住飞行速度,实现精确的变轨控制和平稳、准确的着陆控制的关键设备之一,是中国航天科工三院33所研制的加速度计组合。  

2013年12月14日,满载着国人憧憬与梦想的嫦娥三号飘然落月,书写了我国航天事业发展新的里程碑,而一路上帮“她”hold住飞行速度,实现精确的变轨控制和平稳、准确的着陆控制的关键设备之一,是中国航天科工三院33所研制的加速度计组合。

众所周知,在本次嫦娥太空飞行任务中,包含了地月转移变轨、环月轨道保持和动力下降三个关键阶段,在此过程中,速度控制都是关键因素,而精准测量各个阶段速度变化(即加速度)正是加速度计组合件的拿手好戏。探月加速度计组合件主要由石英挠性加速度计、配套电路、结构本体三部件组成,其核心部件石英挠性加速度计正是助力神舟系列飞船飞行任务十战十捷的功勋产品。而且,相比神舟十号用三轴加速度计组合,探月工程用加速度计组合件测量精度提升了两成,温度工作范围提高了一倍。

而且,与神舟系列用三轴加速度计组合相比,此次组合还有另外两大优势。一是探月工程用加速度计组合件采用新型六轴伞状的冗余设计方案,即六只加速度计像雨伞骨架一样均匀排列在一个圆锥面上,这种结构设计的产品在国内尚未见到公开报道。产品副主任设计师黄程友解释说,常规的三轴正交设计方案,若其中一个轴发生故障时,整个单机则故障,因此其可靠性只有0.9908,而六轴设计的可靠度预计可达0.99998,远高于三轴加速度计组合,因而整星仅使用了 1台单机,即能满足可靠性设计要求,在成本、体积、重量、功耗方面都具有极的大的优势。

另一大优势是该产品具有很好的故障检测能力。该方案下,完成整星三个轴向的加速度测量共有20种组合选择方案,若某一轴工作异常,则含有这个轴的所有组合解算结果也异常。对20种组合方案进行解算,根据解算结果对是否存在工作异常轴进行判断,从而剔除工作异常的轴,保证工作正常的组合参与控制。这就好比将一支6人组成的乐队任意抽出3人组成小乐队进行演奏,通过判断这20支小乐队中哪几支的发挥明显出现问题来定位到其中滥竽充数的乐手,从而剔除出去,确保其他水平正常的乐手继续担当演奏任务。

据一直工作在测控大厅的黄程友介绍,在“嫦娥三号”落月的过程中,他主要负责观测加速度计组合的各项输出是否正常,包括加速度输出、电源遥测和温度遥测,以此来判断产品的工作是否正常。

黄程友激动地说:“刚开始大家甚至还对33所产品的精度有所疑虑,结果,近月制动6分钟的数据表明,33所加速度计组合精度远超预期。”在地月转移变轨和近月制动过程中,有过3次发动机点火,总体通过地面测控能够对嫦娥三号的速度增量进行测量,测量精度很高,可以对加速度计组合的精度进行评判,评判结果为“表现完美”。

据了解,在落月过程开始时,首先是使用加速度计和陀螺仪组成惯导系统,使用惯性导航进行落月的高度和位置测量,加速度计处于主要地位,同时配合微波测距等单机进行测量。当下降到一定高度时,其它单机进行接力,共同完成嫦娥的精准落月。总体单位评价33所加速度计组合是嫦娥落月的关键产品。

“在大厅,每一次短暂的掌声和握手后,大家都会迅速的投入到下一阶段的工作,每一次掌声就像一粒定心丸,给大家注入不断前行的能量和勇气。这是惊心动魄的 720秒,这一步,标志着我国成为世界上第三个实现月球软着陆的国家,而且一次成功。”已经完成任务归来的黄程友仍难掩心头的激动。

据悉,33所加速度计组合在这次登月任务中,还承担着标定7500N发动机的作用,这个新研制的发动机第一次上天使用,对其输出的真实功率,需要33所的产品进行标定和验证。

“嫦娥”三号所用的33所加速度计的技术实力目前在国内居于领先地位,以此技术为基础,33所开发了性能优良的民用产品,其中,最具代表性的产品包括地质灾害监测系统、无线随钻测量系统和磁性连续测斜仪等,地质灾害监测系统曾成功应用于汶川地震救灾和舟曲灾后重建,无线随钻测量系统和磁性连续测斜仪则分别应用在油田的钻井和测井过程。

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