510所为天和核心舱贡献了94台产品 “乾坤大挪移”确保航天员出舱安全

　　原标题：510所为天和核心舱贡献了94台产品

　　“乾坤大挪移”确保航天员出舱安全

群策群力

主动电位控制子系统联试现场

情景照明桌面联试

音频单元

　　4月29日11时23分，我国空间站天和核心舱在海南文昌航天发射场顺利发射升空，我国载人航天工程“三步走”成功迈出第三步，宣告了中国开启空间站任务的新时代。

　　在天和核心舱成功发射的背后，地处兰州、我国最西端的航天研究所——中国航天科技集团有限公司五院510所（简称510所）贡献了包括主动电位控制子系统、机械臂操作台、舱门快速检漏仪、空间站综合显示单元、音频单元、照明设备、空间站用电源产品等5个分系统的94台产品。据称，就空间站任务而言，510所承担的产品总数将达682台之多。

　　“乾坤大挪移”确保出舱安全

　　我国空间站采用高压电池阵，在电离层等离子体环境中其主体结构将产生最高约负100伏的电压。空间站结构整体处于负电位（负电位即高压电单极输出，形成的负电位场，作用于人体，可能有致命的危险），所以当航天员出舱活动时，犹如工作在100伏的“高压电线”上，国际空间站将航天员出舱过程中舱体对航天员放电列为致命级危害。

　　510所研制的主动电位控制子系统，据载荷中心的高级工程师孙迎萍介绍，是510所承担空间站任务唯一的一个子系统产品，由6台单机构成。它就像是在太空中施展了“乾坤大挪移”，将空间站结构电位控制在安全电压范围内，保证航天员出舱时的生命安全，是空间站建设所必须解决的核心关键技术。

　　这套子系统是我国卫星主动电位控制技术的首次在轨应用。它集成了空间电位测量、电位控制、在轨诊断等多学科新技术，510所为此集中了空间环境载荷工程中心、电推进事业部、二次电源事业部、压力容器事业部的精兵强将，开展技术攻关。510所第5任载人领域型号指挥马洪炯用了12个字来形容它的特点：可靠展开、准确测量、精准控制。其一，用于测量空间站结构电位的电位检测探头，上天后必须从所处的折叠状态百分之百展开锁定，将探头伸入空间等离子体环境中；其二，通过这套系统准确测量航天器的结构电位，给航天员出舱提供准确信息；其三，将空间站结构电位精准控制到负37伏的安全电压上。技术难度大体现在这套子系统研制的方方面面。最终，510所多个部门的科研人员合力，突破了空心阴极大电子束流发射、电位探头伸杆结构优化和绝缘隔离、故障的实时诊断，以及微小气体流量控制技术，发明了测控一体的卫星结构电位主动控制系统，可将空间站结构电位控制在负37伏，性能指标优于国际空间站的负40伏，达到国际先进水平，保证我国空间站在轨安全稳定运行。

　　航天员的“显示器”

　　马洪炯告诉记者，510所承研的空间站综合显示单元，不仅承担着天和核心舱的状态显示作用，更承担着空间站建成后各航段及货运飞船重要参数的显示、报警信息处理，以及手控指令的发送、在轨维护等任务。作为人机交互仪表，为航天员提供空间站的健康状态信息，持续为空间站运行和航天员安全保驾护航。

　　它配备有12.1吋液晶显示屏，是一台集图形显示、语音通报、灯光报警驱动、指令发送、触摸操作、多总线通讯等多功能于一体的新一代航天仪表设备。“它要管理空间站多个分系统的3000余项手控指令，显示包括舱内的温度、湿度、环控生保（如舱内二氧化碳浓度）、飞行姿态等表征空间站状态的3000余条参数。”

　　“软件最能体现载人航天事业30年的变化。从最开始载人一期、二期几百行、几千行指令就能完成测试任务，到现在空间站，仅机械臂单机的总代码量超过30万行，而操作界面这一个软件的代码量接近10万行。”510所信息与软件中心高级工程师夏加高说。与神舟、天宫等载人航天器相比，空间站各系统的复杂度成倍增加。

　　此次510所设计采用的高性能处理器平台，也是我国载人航天任务中的首次应用。为了确保在复杂宇宙射线和高能粒子条件下高速硬件系统正常工作的能力，研制组开展了上百次仿真和实物验证试验，解决了高速电子线路抗辐照加固的难题。同时，开发了适应空间环境的红外触摸屏，设计出适应于太空环境的“显卡”系统并实现大屏幕的显控技术，采用了特殊的内存管理技术，使之不会出现死机、蓝屏等现象，便于航天员在轨操作。

　　“天地对话”的“神器”

　　“音频单元是舱内唯一的语音免提设备。”马洪炯说，它可以实现宇航员与地面的“天地对话”、各舱段宇航员之间及地面测控中心的会议通话功能，同时，还可以向宇航员发出故障语音警报。为了保证语音播报质量及通话效果，有效抑制回声和啸叫，510所软件研制组自主开发了各种复杂算法，优化了声腔结构。而该团队提出的软件三级加载方案，可以应对复杂的空间硬件环境和通讯环境，确保在最恶劣的情况下，软件不会“死机”，让声音能听得清。

　　空间机械臂系统的“大脑”

　　空间机械臂是我国进行空间站建造、运营和维护的智能机械手臂，是航天员的得力助手，也是我国空间站达到国际先进水平的重要标志。空间机械臂无论是自主运行还是在轨、亦或地面对其开展遥操作控制，都离不开510所研制的空间机械臂系统的“大脑”——机械臂操作台。它由3台电子类设备、2台机电类设备和1台机构类设备组成，解决了航天员对空间机械臂的有效操控和直接监测。另外机械臂操作台也是在轨进行机械臂操控的学习机，提供的在轨训练模式可供航天员对空间机械臂操作进行流程预演与确认。

　　510所机电事业部研究员马动涛说，机械臂操作台的论证始于2009年，2012年立项，2019年交付总体，到现在已进行了两年联试。510所空间臂机械操作台基于国产计算平台研发，实现了在计算资源受限情况下的并联机构闭环控制、力渲染、空间矢量控制、系统微振动抑制、图形显示及加速、投射电容触控技术等对实时性要求苛刻的关键技术的突破，实现了对空间机械臂操控大环路的控制指标，整体指标达到了国际先进水平。它的研制过程非常紧张，一直在抢时间节点，最后能赶在时间节点交付，足以体现出大系统协调能力强劲。

　　太空中的家居照明体验

　　510所还承担了天和核心舱大部分照明产品研制工作，配套照明类产品共计12种，60余台/套。其中全新设计的照明产品主要包括情景照明产品、便携照明产品和舱外泛光照明产品。舱内情景照明产品包括通道照明、生活照明、阅读照明、维修用头灯、照明控制器等6类30余台产品。这是我国首次在空间飞行器上应用情景模式可调照明技术，也是全球首次在大型载人航天器内部全范围应用情景照明技术。

　　此外，510所还研制了一系列其他产品。在空间站的服役期内，天和舱要与问天舱、梦天舱、多艘载人飞船和货运飞船实现对接，航天员要在轨进行出舱和穿舱活动，都需要打开和关闭舱门。这就必须用到空间站的“门神”——510所研制的舱门快速检漏仪。它可以在空间站中，为航天员提供舱门密封状态信息，确保航天员工作和生活环境的安全。同时，510所此次为“天和”核心舱舱提供了2种类型20个DC-DC模块正样产品，分别为信号处理器和载荷控制器供电。（记者 何燕/文 510所供图）