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10月31日，中國(guó)空間站基本構(gòu)型的最后一塊大“拼圖”——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙從文昌航天發(fā)射場(chǎng)升空，中國(guó)人的太空“家園”，在軌建造完成。“太空建家”，眾多自主創(chuàng)新的先進(jìn)器件和設(shè)備發(fā)揮了重要作用。

1.“鷹眼鏢師”為火箭護(hù)航

【資料圖】

“鷹眼鏢師”,中國(guó)航天科工二院23所在文昌航天發(fā)射場(chǎng)有兩部固定式脈沖測(cè)量雷達(dá)，為夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙保駕護(hù)航。自“太空快遞”沖天而起，這兩部雷達(dá)就像鷹眼一樣，火箭飛到哪兒，它們就“看”到哪兒，火箭飛得穩(wěn)不穩(wěn)，有沒(méi)有“跑偏”，全靠它們“報(bào)信兒”。

在火箭發(fā)射上升段，這兩部雷達(dá)為文昌航天發(fā)射場(chǎng)指控中心，實(shí)時(shí)提供火箭的距離、方位、俯仰等信息，從而讓指控中心掌握火箭上升段運(yùn)行狀態(tài)，為安全控制系統(tǒng)提供重要信息——一旦火箭飛行出現(xiàn)偏移軌道的狀況，立刻就能被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，這兩部雷達(dá)也為其他設(shè)備提供引導(dǎo)信息，它們的高精度觀測(cè)會(huì)一直“盯”著火箭帶著夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，順利飛上大氣層。

文昌航天發(fā)射場(chǎng)位于熱帶，常年濕熱多雨，臺(tái)風(fēng)影響頻繁，對(duì)雷達(dá)設(shè)備穩(wěn)定性也提出新的要求。為了確保發(fā)射任務(wù)成功，該所對(duì)這兩部雷達(dá)的要求是“零故障”。作為該所部署在祖國(guó)最南端的固定式雷達(dá)產(chǎn)品，這兩部雷達(dá)開(kāi)創(chuàng)了該所雷達(dá)設(shè)備在熱帶海島環(huán)境長(zhǎng)期工作的先河。雷達(dá)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了充分考慮，盡可能簡(jiǎn)化室外裝備，對(duì)室外機(jī)箱進(jìn)行封閉式設(shè)計(jì)，選擇防腐蝕、防潮性能好的部件，最大程度提高裝備環(huán)境適應(yīng)性，提高產(chǎn)品可靠性。

正因如此，這兩個(gè)“鷹眼鏢師”，經(jīng)歷了多次考驗(yàn)，次次不辱使命——2016年，它們保障“長(zhǎng)征七號(hào)”和“長(zhǎng)征五號(hào)”首飛，被西昌衛(wèi)星發(fā)射中心評(píng)價(jià)為“在兩型火箭首飛期間，穩(wěn)妥可靠，萬(wàn)無(wú)一失，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵時(shí)段零故障的目標(biāo)”。從2016年到2022年，天問(wèn)、嫦娥、天舟、天和、問(wèn)天、夢(mèng)天，這兩部雷達(dá)始終“零故障”，圓滿完成各項(xiàng)任務(wù)保障工作，一次次護(hù)航長(zhǎng)征家族的“快遞員”平安奔赴太空。

2.微波雷達(dá)牽起“太空紅線”

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與空間站組合體成功交會(huì)對(duì)接，中國(guó)航天科工二院25所自主研發(fā)的微波雷達(dá)再次牽起“太空紅線”，成功導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)對(duì)接，九天之上再現(xiàn)中國(guó)精度！

微波雷達(dá)是空間站交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的關(guān)鍵測(cè)量敏感器，承擔(dān)著中遠(yuǎn)距離航天器間距離、速度、角度等相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確測(cè)量任務(wù)。遠(yuǎn)距離捕獲、穩(wěn)定跟蹤、精準(zhǔn)導(dǎo)引、可靠通信全依賴這個(gè)“靠譜紅娘”引導(dǎo)。

微波雷達(dá)由雷達(dá)主機(jī)和應(yīng)答機(jī)兩部分組成，分別安裝在交會(huì)對(duì)接的兩個(gè)航天器上，兩者就像是電話的兩端，通過(guò)微波實(shí)現(xiàn)相互“問(wèn)答”，傳遞相互的位置、姿態(tài)信息，“牽引”航天器從相遇到相連，直至完成交會(huì)對(duì)接。此次任務(wù)中，安裝在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上的微波雷達(dá)在兩個(gè)航天器相距約100公里處開(kāi)機(jī)，迅速與安裝在天和核心艙上的應(yīng)答機(jī)建立穩(wěn)定鏈路，并持續(xù)輸出高精度測(cè)量數(shù)據(jù)，保證對(duì)接全過(guò)程穩(wěn)定可靠。

這個(gè)“靠譜紅娘”，很不簡(jiǎn)單，自它在“天宮一號(hào)”與“神舟八號(hào)”交會(huì)對(duì)接任務(wù)中首次亮相以來(lái)，20多年間，在載人航天任務(wù)中，先后經(jīng)歷了11次交會(huì)對(duì)接，保持了屢戰(zhàn)屢勝的光榮記錄，用高精度的產(chǎn)品性能和高可靠的質(zhì)量，完美助力載人航天任務(wù)順利開(kāi)展，以穩(wěn)定可靠的優(yōu)異表現(xiàn)為空間站建設(shè)提供了技術(shù)支撐。

3.氫原子鐘提供高精度時(shí)間頻率

在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射任務(wù)中，中國(guó)航天科工二院203所研發(fā)的空間主動(dòng)型氫原子鐘、頻率比對(duì)器首次進(jìn)入空間站執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)，為構(gòu)建空間站高精度時(shí)間頻率基準(zhǔn)發(fā)揮了重要作用。

在此次任務(wù)中，203所研制的空間主動(dòng)型氫原子鐘裝載于夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙高精度時(shí)頻柜中，是時(shí)頻柜系統(tǒng)中的核心載荷,具有優(yōu)秀的中短期頻率穩(wěn)定度，在滿足小型化的前提下，其技術(shù)指標(biāo)為國(guó)內(nèi)最高。它為空間時(shí)間頻率系統(tǒng)提供基礎(chǔ)時(shí)間頻率信號(hào)，為小型化的主動(dòng)型氫鐘在衛(wèi)星平臺(tái)上的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

什么是原子鐘呢？它是世界上已知最精確的時(shí)間測(cè)量和頻率標(biāo)準(zhǔn)，也是國(guó)際時(shí)間和頻率轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)。它利用原子核外電子的軌道發(fā)生變化時(shí)，會(huì)吸收或釋放恒定頻率的電磁波這一工作原理，提取這個(gè)振蕩頻率，轉(zhuǎn)化為日常所熟知的秒信號(hào)，作為衡量時(shí)間的“尺”。這把“尺”非同一般——原子的振蕩頻率非常快，如果和單擺比較，單擺幾秒鐘擺動(dòng)一下，而原子產(chǎn)生的電磁振蕩，一秒鐘就要擺動(dòng)10億次。

要知道，原子鐘的準(zhǔn)確度，大大超過(guò)了機(jī)械手表、石英鐘，這個(gè)差距能有多大呢？平均來(lái)看，機(jī)械手表一個(gè)小時(shí)就會(huì)偏差一秒，石英鐘差不多需要270年會(huì)偏差1秒，而原子鐘偏差一秒則需要3000萬(wàn)年。如果給地球上最后一只霸王龍一臺(tái)原子鐘，那么到2022年的今天，這臺(tái)原子鐘僅僅只會(huì)出現(xiàn)2秒的偏差。

用如此精細(xì)的“尺”來(lái)衡量時(shí)間，測(cè)量精度能不高嗎？

在這一次的任務(wù)中，203所還研發(fā)了另外一臺(tái)核心設(shè)備——頻率比對(duì)器，它負(fù)責(zé)對(duì)時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜系統(tǒng)內(nèi)各原子鐘的性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，并為其他載荷傳遞超高精度的時(shí)間頻率信號(hào)。這一次，它的核心元器件可是首次采用國(guó)產(chǎn)元器件，通過(guò)機(jī)、電、熱的設(shè)計(jì)改進(jìn)，既可靠又安全。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在軌運(yùn)行后，203所研發(fā)的主動(dòng)型氫原子鐘和頻率比對(duì)器，將極大地提高我國(guó)太空實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間頻率方面的研究成效。

4.聲表面波濾波器濾除干擾信號(hào)

在夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的旅程中，有一些像“綠豆”一樣大的元器件在通信系統(tǒng)、交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)等方面發(fā)揮作用，它們的職責(zé)是保障試驗(yàn)艙通信、導(dǎo)航等關(guān)鍵部位的順利運(yùn)行，讓太空的聲音清晰傳回地球。

作為航天器各分系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，中國(guó)航天科工二院23所微電公司研制的多款聲表面波濾波器應(yīng)用于夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙中的通信系統(tǒng)、交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)等。

在太空中，電磁環(huán)境比較復(fù)雜，如果通信受到干擾，就像電話有雜音，聽(tīng)起來(lái)不舒服，還耽誤事兒。而聲表面波濾波器的作用是把宇宙中的雜波信號(hào)、諧波還有一些鏡像信息等“多余物”過(guò)濾掉，像“濾網(wǎng)”一樣，讓信號(hào)更加干凈，更加流暢。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙使用的聲表面波濾波器覆蓋了多個(gè)波段，器件靈敏度高、損耗小、體積小，有些就像“綠豆”那么大，但是它們?yōu)檎麢C(jī)性能提升優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的支撐。

為了更好濾除無(wú)用的信號(hào)干擾，確保與地面中心的信號(hào)暢通，研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)每一個(gè)濾波器精雕細(xì)琢——聲表面波濾波器的最細(xì)線條僅有0.3μm，相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的1/200，操作需要在顯微鏡下進(jìn)行。每一個(gè)合格的高可靠性聲表面波淲波器，都要在高倍顯微鏡下“過(guò)關(guān)斬將”。其加工環(huán)境也要求很苛刻，在百級(jí)超凈車間中，每批產(chǎn)品至少經(jīng)歷3次超聲波或等離子清洗，充分保證元器件的可靠性。所有的聲表面波濾波器都通過(guò)宇航級(jí)的高可靠性能試驗(yàn)，能充分適應(yīng)發(fā)射階段的巨大加速度、環(huán)境應(yīng)力迅速變化、劇烈振動(dòng)和沖擊，并能在外太空失重和強(qiáng)輻射等極端環(huán)境中，為相關(guān)任務(wù)保駕護(hù)航。