4月20日19時41分，我國第一個“太空快遞員”——“天舟一號”從海南島升空，開啟它的太空初探索。它將要和特別能堅守的天宮二號嘗試新的合作方式，進(jìn)行三次交會對接。

在這個過程中，中國電子科技集團(tuán)公司（以下簡稱“中國電科”）這個“安全智慧大師”對天舟一號進(jìn)行了全流程、更安全的技術(shù)升級和改進(jìn)，確保日后運送的貨物安然無恙地到達(dá)。

設(shè)備組裝：全國產(chǎn)、更安全的系統(tǒng)組件

天舟一號作為我國自主研制的首艘貨運飛船，將主要承擔(dān)貨物運輸和推進(jìn)劑太空在軌補(bǔ)加工作。其貨物運載量是國外貨運飛船的3倍，在功能、性能上都處于國際先進(jìn)水平。

為了讓這一“高重量級”的“快遞員”安然升空，中國電科為其配備了全國產(chǎn)、更安全的全新“神經(jīng)系統(tǒng)”、“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”和“神經(jīng)元”等，絕對是精彩亮相。

本次天舟一號任務(wù)中，中國電科研發(fā)了數(shù)字信號傳輸光模塊這一“神經(jīng)系統(tǒng)”，首次在航天工程上應(yīng)用，完成飛船艙內(nèi)視頻、監(jiān)控、語音信號數(shù)據(jù)的傳輸。

“數(shù)字光模塊好比人的神經(jīng)系統(tǒng)，控制著數(shù)據(jù)的發(fā)送、傳遞、接收。比如飛船從宇宙空間采集到的圖像數(shù)據(jù)、地面控制臺與飛船之間的通話、交匯對接時的傳感數(shù)據(jù)都是由數(shù)字信號傳輸光模塊完成。”中國電科數(shù)字光模塊專家羅洪說。

據(jù)悉，以往飛船通常應(yīng)用銅纜傳輸信號，但因為體積大、重量大、傳輸距離短、傳輸速率低、抗干擾能力差的缺點，一直制約飛船發(fā)展。“在未來空間站的建設(shè)中，由于數(shù)據(jù)吞吐量的急劇加大，不采用數(shù)字信號傳輸光模塊，空間站將不堪重負(fù)。”

中國電科研制的數(shù)字信號傳輸光模塊與傳統(tǒng)銅纜傳輸系統(tǒng)相比，重量降低到原有的十分之一、體積減小五分之一、傳輸速率從兆比特量級提高到吉比特量級、空間抗輻射能力達(dá)到高軌運行能力等優(yōu)勢，實現(xiàn)了產(chǎn)品的抗輻照、小型化、溫度適應(yīng)性強(qiáng)、高靈敏度和高速率性能，成功解決了空間飛行器信號傳輸設(shè)備的小體積與小重量設(shè)計需求，提高了信號傳輸速率，有效提升了空間飛行器信號傳輸性能，可靠保障空間飛行器運行。

在天舟一號的推進(jìn)艙和貨物艙內(nèi)遍布電子控制系統(tǒng)，這些猶如它的的“大腦”和“神經(jīng)”，精準(zhǔn)控制著天舟的每一個動作，捕獲、緩沖、拉近，分毫不差、精準(zhǔn)無誤。在精細(xì)、龐雜的電子控制系統(tǒng)中，中國電科貢獻(xiàn)了兩顆重要的核心芯片——抗輻射加固1553B總線控制器，應(yīng)用于天舟數(shù)管分系統(tǒng)，作用功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)命令的可靠傳輸及部分設(shè)備的有效控制，猶如天舟一號的部分“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，發(fā)出無數(shù)的支線數(shù)據(jù)命令，實現(xiàn)各個神經(jīng)、器官的數(shù)據(jù)通信，共同完成天舟的各種動作。

中國電科專門針對芯片中的存儲器、觸發(fā)器等薄弱、敏感單位進(jìn)行邏輯層面的抗輻射加固設(shè)計，同時在版圖設(shè)計中進(jìn)行單獨全定制設(shè)計，實現(xiàn)了最終抗總劑量能力達(dá)到國際先進(jìn)水平。這就相當(dāng)于在無盡的太空中，從各個方向、各個距離的帶電粒子的打擊，而經(jīng)過抗輻射加固的芯片則是一個肌肉發(fā)達(dá)的“拳擊手”，能夠承受多次打擊而屹立不倒。

同時，中國電科為天舟一號配套了100%全國產(chǎn)自主研發(fā)的10余種70余只傳感器、多組光纜及光纖連接器這些關(guān)鍵“神經(jīng)元”，實現(xiàn)了核心器件自主可控。其中，傳感器遍布飛船的熱控、推進(jìn)、環(huán)控生保等分系統(tǒng)，配套種類包括壓力、溫度、濕度、氧氣、二氧化碳、離子感煙、差定溫等傳感器，可實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測與控制及飛行姿態(tài)調(diào)整等。光纜及光纖連接器用于光端機(jī)和光探測器之間光路的通信互連及數(shù)據(jù)的高速雙向傳輸，保證飛船在軌運行期間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

此外，在“天舟一號”任務(wù)配套中，中國電科立足自主創(chuàng)新，研制出了國內(nèi)首款應(yīng)用頻率達(dá)到40GHz的微波傳輸端子及外殼，首次研制成功100VDC/DC電源和EMI濾波器，使載人航天工程中將航天器母線電壓提升到100V，有效提升了載荷能力和供電總效率。

物流監(jiān)控：海陸空互聯(lián)的全方位測控

在運送過程中，為了實時捕捉、監(jiān)控“快遞員”的運送軌跡，提供全方位、無死角的視覺盛宴，中國電科安插了“火眼金睛”、“太空偵查員”等，進(jìn)行全流程“追蹤捕捉”，隨時查閱“物流”進(jìn)展。

在物流運送的第一站箭船發(fā)射階段，中國電科安裝在運載火箭上的脈沖相參應(yīng)答機(jī)這個“火眼金睛”，可與地面雷達(dá)協(xié)同完成運載火箭全程實時航跡測量并判定飛行是否正常，直到箭船分離，提供精確的外測數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品是中國電科為“天舟一號”任務(wù)專門研制的新型產(chǎn)品，在吸取其它型號運載火箭所配套的脈沖應(yīng)答機(jī)成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對海南靶場特殊的應(yīng)用環(huán)境采用了全新的三防設(shè)計，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品對潮濕、鹽霧、霉菌等環(huán)境的適應(yīng)性，具有穩(wěn)定性好、可靠性高、功耗低、體積小、重量輕、生產(chǎn)性好等諸多優(yōu)點,為“天舟一號”發(fā)射提供了穩(wěn)定可靠的“火眼金睛”。

第二站是箭船分離，正式開啟升空之旅。這時候，地面雷達(dá)、測控站、天鏈衛(wèi)星、船載統(tǒng)一測控系統(tǒng)這些“太空偵查員”紛紛扮演太空運行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，開始了新一輪的“物流偵測”。地上，在三亞有我國首部雷達(dá)探測和遙測一體化測量雷達(dá)，從海南發(fā)射中心到祖國最南端，從浩瀚的太平洋到非洲西南端，再回到祖國西部重鎮(zhèn)，遍布中國電科部署的統(tǒng)一測控系統(tǒng)；海上，在遠(yuǎn)望五號、六號、七號船上，遍布中國電科船載統(tǒng)一測控系統(tǒng)。其中，在“遠(yuǎn)望七號”上安裝了中國電科新研的最新一代精密測量雷達(dá)和遠(yuǎn)望七號測量船衛(wèi)星通信系統(tǒng)，首次參加天舟一號任務(wù)保障。精密測量雷達(dá)突破了雷達(dá)與C頻段統(tǒng)一測控系統(tǒng)一體化設(shè)計、船搖穩(wěn)定、高精度測量等多項關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。衛(wèi)星通信系統(tǒng)新研制的寬帶終端、監(jiān)控管理系統(tǒng)和自動化測試系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了寬帶數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備自動化智能管控、信號自動化監(jiān)測和測試，提升了整船的管控能力和技術(shù)水平；天上，天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)通過四顆在軌衛(wèi)星、三個地面終端站組網(wǎng)運行，突破了單星跟蹤雙目標(biāo)、雙星接力跟蹤、多星組網(wǎng)運行等關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)θ?00公里以上、2000公里以下空間的全軌道近100%覆蓋。由此，通過海、陸、空三地通信測控網(wǎng)的配合互聯(lián)，實現(xiàn)對飛船位置和姿態(tài)的掌控，完成指令上注。

第三站就到了圖片回傳階段。這一階段是向國內(nèi)外各關(guān)注物流進(jìn)展的“用戶”提供圖片欣賞。中國電科研制的天地數(shù)字電視地面系統(tǒng)，承擔(dān)著飛船和地面圖像的編解碼任務(wù)。在飛船的待發(fā)段、運行段、交會對接段、組合體運行段的艙內(nèi)外工作場景，對接段的整個對接過程、飛船撤離的過程圖像均由天地圖像終端完成。在天舟一號任務(wù)中，天地圖像終端將首次實現(xiàn)全高清圖像（1920x1080）的實時解碼顯示，提供天舟一號運行期間全部高清圖像的解碼顯示。清晰的圖像最終由實況電視系統(tǒng)傳出，它是各級指揮員對載人飛船實施可視化指揮的重要手段。通過實況電視系統(tǒng)可以在飛控大廳觀看發(fā)射實況，及時了解發(fā)射過程，并將高質(zhì)量的圖像素材提供給中央電視臺等媒體轉(zhuǎn)播。實況電視系統(tǒng)的主要功能是完成載人飛船待發(fā)段和上升段關(guān)鍵場景實況信息的獲取、處理、顯示和記錄，同時完成相關(guān)圖像至北京飛控中心的傳輸任務(wù)，為指揮員提供清晰直觀的現(xiàn)場信息。

到達(dá)驗證：更廣的視角、更精準(zhǔn)的測量

到達(dá)太空后，對“天舟一號快遞員”的考驗才剛開始，為方便日后送貨“摸清門道”，此次，“天舟一號”要與天宮二號進(jìn)行為期半年的合作與駐留，并完成三次交會對接，為后續(xù)貨物順利驗收打下堅實基礎(chǔ)。

第一次對接是“天舟一號”發(fā)射兩天后，進(jìn)行首次交會對接，跟天宮二號形成組合體，測試飛船對組合體的控制能力；二次對接是繞飛對接，飛船從另一側(cè)與天宮二號進(jìn)行二次對接，完成繞飛試驗；三次對接是驗證自主快速交會對接技術(shù)，要求兩個航天器在6個小時左右實現(xiàn)對接。

在交會對接過程中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的是中國電科研制的激光交會對接雷達(dá)。

“在對接過程中，兩個飛行器飛行速度為7.9公里/秒，要在如此速度下完成繞飛對接和快速交會對接，這就要求激光雷達(dá)始終保持較為寬廣的視角和更高精度的測量跟蹤。”中國電科激光雷達(dá)總師屈恒闊說。

在交會對接過程中，激光雷達(dá)作為作為貨運飛船交會對接穿針引線的“眼睛”，在天宮二號與天舟一號交會對接接近段和靠攏段及繞飛過程中，必須迅速準(zhǔn)確地完成對天宮二號目標(biāo)飛行器的搜索、捕獲、跟蹤測量，確保飛船空間交會自動對接、組合體飛行、繞飛、快速交會對接等任務(wù)的成功實現(xiàn)。飛行器太空對接要做到百步穿楊，特別是在繞飛過程中實現(xiàn)“不眨眼”，更是難上加難，這就要求激光雷達(dá)作為天舟一號的“眼睛”，具備廣闊的視野，精準(zhǔn)的測量。

       基于此，中國電科對激光雷達(dá)進(jìn)行了兩大技術(shù)改造，首先增加了多對接口和繞飛過程中的目標(biāo)識別功能，根據(jù)繞飛任務(wù)的特點，提出了目標(biāo)能量匹配和目標(biāo)空間站布局相結(jié)合的目標(biāo)識別方法，在有限的資源條件下，在二期技術(shù)基礎(chǔ)上以最小的更動完成了激光雷達(dá)新掃描體制、多目標(biāo)切換和多目標(biāo)識別功能的實現(xiàn)，并設(shè)計了室內(nèi)、室外、高點等試驗驗證方案，從機(jī)理、繞飛靜/動態(tài)過程、極限條件等各個方面對繞飛方案設(shè)計的正確性進(jìn)行驗證，完成了繞飛功能的設(shè)計、相關(guān)試驗驗證。 

其次，對雷達(dá)的空間長壽命進(jìn)行提升。本次天舟一號任務(wù)為期半年左右，對激光雷達(dá)的在軌壽命和可靠性提出了更高的要求。中國電科對空間環(huán)境下的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)查找，加強(qiáng)了技術(shù)狀態(tài)管理控制，在滿足對目標(biāo)快速跟蹤和高精度測量的基礎(chǔ)上，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面縱向和橫向的對比，用數(shù)據(jù)確保在航天動平臺上的高安全性和高可靠性。

在同等體積重量功耗下，中國電科的激光雷達(dá)工作范圍比國外同類產(chǎn)品增大了兩倍以上，實現(xiàn)了全范圍內(nèi)高精度測量跟蹤。

“激光雷達(dá)是交會對接接近段、靠攏段、繞飛過程中精密測量不可缺少的手段，將直接推動我國載人航天進(jìn)入空間站研制階段。后續(xù)，激光雷達(dá)將廣泛應(yīng)用于各飛行器交會對接領(lǐng)域，為未來空間站、載人登月、深空探測等任務(wù)保駕護(hù)航。”