石英撓性加速度計完美助力「天舟一號」飛行任務

中國網4月21日訊 隨著「天舟一號」發射任務的順利完成，重要部件石英撓性加速度計的「功勞簿」上又增添了濃墨重彩的一筆，這個由中國航天科工三院33所研製的功勳產品繼助力神舟飛船歷次飛行任務、嫦娥系列飛行任務之後，又以穩定的表現為「天舟一號」與「天宮二號」的準確對接提供了重要技術保證。

此次搭載的石英撓性加速度計共有兩大使命：首先，作為「天舟一號」貨運飛船光纖IMU（慣性測量單元）的重要組件之一，將主要用於測量飛船飛行過程的線加速度，為飛船確定自身方位提供信息；此外，該產品還是「天舟一號」微重力主動隔振平臺關鍵技術驗證的重要組件，將對載荷六自由度的空間運動作精確測量，幫助平臺精準消除振動。

千錘百鍊打磨功勳「神器」

石英撓性加速度計是一種通過敏感石英擺片相對位置變化來檢測加速度的精密慣性傳感器，通過計算可以準確獲得系統的速度和位置，為各類系統的導航、制導、控制、調平等提供精確的加速度測量信號，已廣泛應用於航天、航空、船舶、兵器、石油、巖土工程等諸多領域。

「加速度計能夠幫助測量速度、位置等重要信息，為飛行和交會對接提供必要的實時數據。」石英撓性加速度計主任設計師魏超介紹。

作為一款「久經沙場」的「宿將」，「天舟一號」上搭載的石英撓性加速度計與我國曆次飛天任務淵源已久，從「神舟一號」到「神舟七號」，石英撓性加速度計成功為飛船返回艙提供了精確的測量；從「神舟八號」到「神舟十一號」，作為高精度石英撓性加速度計組合的核心器件，石英撓性加速度計身兼數職，為交會對接提供速度增量測量、為飛船姿態控制提供微重力測量、為飛船返回艙提供速度測量等；在已經完成的嫦娥3號飛行任務和即將開展的嫦娥5號飛行任務中，它都是不可或缺的重要產品，以其穩定的表現提供精準的測量數據。

根據33所主任設計師魏超的描述，太空之旅固然浪漫，但是隨著高度的增加，空氣將越來越稀薄，大氣壓力也將越來越低，最終將接近於真空。為了保證正常工作，石英撓性加速度計身體內部密封了一個大氣壓的工藝氣體，而在真空環境下，石英撓性加速度計內部的氣體會向外洩漏，隨著內部壓力的降低，石英撓性加速度計的測量精度也將下降。因此，為了保證交會對接高精度的測量要求，必須對石英撓性加速度計實施密封，即給石英撓性加速度計穿上一套密不透風的「外衣」，防止內部氣體在真空環境下的洩漏。在通過對各種膠接劑的性能對比考核試驗、膠接劑的成分配比反覆驗證，最終確定了石英撓性加速度計密封外衣材料用的膠接劑，並進行了精心的結構設計。為了充分保證密封的可靠性，又模擬太空使用環境，對這件密封外衣進行了振動、衝擊、熱循環、熱真空等嚴酷試驗的考核，經過千錘百鍊的石英撓性加速度計密封外衣終於問世，為石英撓性加速度計真空環境工作提供了一個堅實的屏障。

這一難題的攻克，讓原本就具有國內第一精度的石英撓性加速度計完全具備了遨遊太空的資本，但這還不夠！

為了給「天舟一號」提供最可靠的產品，33所技術人員在8個月的時間裡，對產品進行了溫度循環、振動衝擊、低氣壓、離心實驗等苛刻的試驗驗證。魏超表示：「溫度循環需要技術人員晝夜接力測試一周以上，精度測試要反覆開展20遍以上，我們必須用最嚴苛的手段篩選出綜合性最優的產品來。」

優勢顯著勝任精微測量

此次搭載「天舟一號」飛天的，還有一套服務於我國未來實驗室上有著高微重力水平要求的空間科學實驗載荷的支撐平臺--空間微重力主動隔振平臺。

它採用磁懸浮主動隔振技術，通過測量平臺的振動，利用一定的手段防止振動影響，為流體物理與燃燒、空間基礎物理、空間材料科學、空間生命科學和生物技術等學科的微重力科學實驗提供實驗環境保障。

評價平臺隔振性能好壞的主要技術指標是空間科學試驗載荷的微重力加速度大小，為使其達到理想的微重力加速度水平，要對載荷六自由度的空間運動作精確測量，石英撓性加速度計當仁不讓。

微重力測量有多難？魏超舉了一個例子，如果是重力環境下測量加速度的難度好比是觀測一個鐵球砸在地上產生的影響的話，那麼微重力測量幾乎就等同於觀測一根頭髮絲掉在地上產生的影響，其精度往往是µg（微g）級別的，對產品的性能提出了極高的要求。

此外，石英撓性加速度計還具有低噪聲的優勢，也就是說輸出的信號中幹擾因素比較少，這將有助於系統更加快捷準確地提取關鍵數據。

為了說明加速度計的作用，魏超作了一個假設：假如沒有石英撓性加速度計提供的數據，隔振平臺就「不知道」該化解多大的振動影響，平臺上的相關實驗就沒法順利開展。

近年來，隨著空天飛行任務的不斷開展，長期在軌飛行對長期穩定性、長期密封性等提出了更高的要求，隨著技術的不斷突破，不遠的將來，石英撓性加速度計將有望在更加宏偉的空天探測任務中再次帶給人們新的、更大的驚喜。  （張心漢）