用于天舟一号的八大关键国产元器件

　　今天，中国航天事业的井喷式跨越，背后是国内航天人数十年的心血结晶，由量变到质变得过程，其中的艰难远不止以上所述。目前，我国航空航天已经形成一个规模巨大的产业，部件不断实现突破，国产自给率不断提升，未来将达到100%零部件国产化。
　　搭载“天舟一号”升空的运载火箭是长征七号遥二，一枚新一代中型运载火箭。发动机是火箭的心脏，特别是其的动力系统，背后是国内航天人数十年的心血。长征七号和天舟一号全系列动力，由中国航天科技集团公司六院研制，两型液氧煤油火箭发动机（480吨级液氧煤油发动机已经完成了首次发生器-涡轮泵联试），用液氧和煤油作为推进剂，平均价格比现役火箭的推进剂低一个数量级。
　　据航天科技集团六院院长刘志让介绍，在此次飞行任务中，航天六院为长征七号运载火箭提供了6台120吨和4台18吨液氧煤油发动机，为“天舟一号”货运飞船提供了四种共36台不同推力量级发动机。特别是推进剂太空在轨补加一系列关键技术研制获得重大技术突破，“太空加油”的实施，将大大延长空间飞行器的续航动力和使用寿命。
　　“天舟一号”共配有25N、120N、150N、490N四种不同推力量级的36台空间发动机，就数量而言，就比天宫系列目标飞行器增加了近一倍。推进剂在轨补加技术上，是空间站实现长期驻留的必要条件，在此之前仅有俄罗斯完全掌握。2011年“天宫一号”与“神舟八号”完成交会对接之后，航天科技集团六院即正式启动了推进剂在轨补加技术的攻关。
　　我国是世界上第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家，实现了从常规有毒推进剂开式循环液体推进技术，到绿色无毒推进剂闭式循环液体推进技术的巨大跨越。“天舟一号”发射一月以后，重型运载火箭480吨级液氧煤油发动机将完成第二次发生器-涡轮泵联试，下半年，航天六院将进行的第三次发生器-涡轮泵联试。另外，220吨级高性能氢氧发动机也已完成了多个组件方案详细设计，进行了组件的研制试验工作。
　　长征七号采用全数字化手段完成研制，代表了我国近60年运载火箭研制领域的水平，是我国新一代中型运载火箭的基本型，运载能力将达到近地轨道13.5吨，可在此基础上衍生出一系列运载火箭构型，实现我国运载火箭的升级换代，到2021年，长征七号将承担我国80%左右的发射任务。
　　此外，长征七号还特别进行了防风防水设计，具备可经受住海南文昌发射场8级大风和中雨发射的独特本领。目前，长征七号可发射我国研制的天舟系列货运飞船，未来技术成熟时，将取代长征二号F火箭，用于发射载人飞船。
　　天舟一号国产元器件公开，中国电科立功
　　在整个飞船的重要系统中首次采用高速国产CPU和总线通信芯片，这在我国尚属首次，不仅打破了国外在高性能处理器和总线协议芯片方面的垄断，而且极大地支持了国产化。本次天舟一号任务中，中国电科研发了数字信号传输光模块这一“神经系统”，首次在航天工程上应用，通过光信号完成飞船舱内视频、监控、语音信号数据的传输。
　　中国电科研制的数字信号传输光模块与传统铜缆传输系统相比，重量降低到原有的十分之一、体积减小五分之一、传输速率从兆比特量级提高到吉比特量级、空间抗辐射能力达到高轨运行能力等优势，实现了产品的抗辐照、小型化、温度适应性强、高灵敏度和高速率性能，成功解决了空间飞行器信号传输设备的小体积与小重量设计需求，提高了信号传输速率，有效提升了空间飞行器信号传输性能，可靠保障空间飞行器运行。
　　同时，中国电科为天舟一号配套了100%全国产自主研发的10余种70余只传感器、多组光缆及光纤连接器这些关键“神经元”，实现了器件自主可控。其中，传感器遍布飞船的热控、推进、环控生保等分系统，配套种类包括压力、温度、湿度、氧气、二氧化碳、离子感烟、差定温等传感器，可实现环境监测与控制及飞行姿态调整等。光缆及光纤连接器用于光端机和光探测器之间光路的通信互连及数据的高速双向传输，保证飞船在轨运行期间数据传输的稳定性和可靠性。
　　此外，在“天舟一号”任务配套中，中国电科立足自主创新，研制出了国内首款应用频率达到40GHz的微波传输端子及外壳，首次研制成功100VDC/DC电源和EMI滤波器，使载人航天工程中将航天器母线电压提升到100V，有效提升了载荷能力和供电总效率。
　　中科芯：抗辐射加固1553B总线控制器
　　天舟一号内的电子控制系统犹如大脑和神经一样，精准地控制着货运飞船的每一个动作，捕获、缓冲、拉近，毫厘不差、准确无误。在天舟一号精细复杂的电子控制系统中，位于无锡蠡园经济开发区的中科芯（58所）贡献了两款芯片。在此之前，他们研发的芯片还配置在天宫二号、神舟十一号上。
　　中科芯专门针对芯片中的存储器、触发器等敏感单位进行逻辑层面的抗辐射加固设计，同时，在整个模块中进行单独全定制设计。天舟一号上的这两款型号芯片已经是比较成熟的产品了，稳定性和可靠性都很高，在其他单位也已经有了应用。
　　中国电科55所：芯片组件防护
　　五十五所为“天舟一号”研制生产了多型号外壳产品，分别应用于前端控制系统测速测距、下变频器，低噪声高可靠放大器、中继终端分系统等组件的封装，为航天器姿态调整、制导、对接、测控通信系统等任务提供了重要支撑。
　　五十五所研制的外壳产品采用新型轻质铝基复合材料替代密度较大的传统铁镍材料，使组件重量降低为原来的一半，对空间与重量极为宝贵的航天飞行器来说，充分满足器件在减重方面的要求。
　　通过调整铝基复合材料内部元素成分配比与分布，提高封装结构不同材料间热膨胀系数匹配性，采用梯度过渡结构降低外壳组装过程的内应力，提高封装外壳在极冷与极热条件下的可靠性。
　　通过内置具有屏蔽功能的涂覆层，提高封装外壳的抗辐照特性，有效屏蔽太空中a粒子流、g射线等各种辐射对器件内部电路与芯片的损伤，维护器件正常功能。
　　该外壳产品为五十五所自主研制并成功应用的宇航级外壳产品。国内首款应用频率达到40GHz的微波传输端子及外壳，填补了国内空白，而且其可靠性优于进口产品。产品后续生产阶段，封装部成立了金属玻璃外壳生产线，专门研制、生产宇航用外壳产品，产线严格按照航天专项管理办法和要求进行管理。
　　对接雷达和光学成像敏感器
　　两个飞行器在太空中要经过几十万公里的追逐，最终完成精准地对接，这一过程被航天人比喻成“穿针引线”。激光交会对接雷达和光学成像敏感器等的使用便是天舟一号货运飞船与天宫二号成功进行交会对接的关键。这两款由中国电子科技集团研制的组件保证了两个高速运行的飞行器更加迅速、可靠地对接在一起。　　据中国电科激光雷达总师屈恒阔介绍，在天宫二号上搭载了中国电科研制的激光雷达合作目标，天舟一号搭载了激光雷达主机和信息处理机。其探测的基本过程，是由安装在飞船上的激光雷达系统发出激光束，激光束照射到天宫二号上后返回信号，激光雷达系统再根据接收到的返回信号计算分析。
　　中国电科的项目团队在有限的时间内，结合航天实际应用进行产品原理和工艺的全新设计，进行了完整、充分的相关环境试验，经过2000多次的试验，最终研制出第三代产品，其可靠性更高、重量更轻、体积更小、功耗更低，高抗辐照、传导热能力强，主要技术指标达到国际先进水平。而这个过程可谓艰辛。
　　最终，在同等体积重量功耗下，中国电科的激光雷达工作范围比国外同类产品增大了两倍以上，实现了全范围内高测量跟踪。
　　航天九院：承研运载火箭和飞船电子产品
　　作为航天电子院，航天九院大名鼎鼎，也是长征七号运载火箭电子产品的主要承研单位，提供了占整个火箭2/3的电子产品，还为天舟一号飞船提供了大量的电子产品。
　　●航天九院693厂：研制生产火箭垂直度调整系统。除了为火箭发射发挥作用外，大角度调整设备还广泛应用于石油勘探、铁路、桥梁、通信等多个领域。
　　●航天九院771所运载计算机设计事业部：负责研制长征七号的箭载计算机。长征七号箭机研制团队使用的FPGA芯片，可将很多专用集成电路芯片的功能通过软件编程实现。
　　●航天九院13所激光导航公司：提供惯性导航设备相关组件。航天九院13所时代光电公司为长征七号火箭研制了光纤惯组和光纤速率陀螺两种单机产品，确保将天舟一号货运飞船的送入预定轨道。
　　●航天九院13所：承研长征七号运载火箭的横法向表组合。此次执行发射任务的产品与2016年长七首飞产品同批次生产，状态完全一致，质量稳定可靠。
　　●航天九院200厂、825厂：在这次发射的长征七号火箭上，200厂承担的箭上电缆网涉及526个连接器、11.7千米导线的加工生产，技术要求非常高。除200厂外，同样来自航天九院的825厂，也为这次长征七号遥二火箭提供了十多个系列的电缆类产品。其中特别值得一提的，是825厂为此次长七火箭专供的一款数据总线电缆产品，该产品用于长七火箭控制系统各个单机设备之间的信号传输，实现火箭的实时控制和信息综合管理。
　　●航天九院289厂：为这次承担发射任务的长征七号火箭提供了测量系统助推传输设备以及地面测试设备。
　　●航天九院704所：研制配套的S频段相控阵天线是整个系统的前端，负责将火箭飞行过程中所有动态参数以无线发射形式实时发送给中继卫星，再回传地面站，让地面随时可以看到火箭的实时状况。
　　●航天九院704所研制的卫星定位接收机，为火箭控制系统提供高导航数据，火箭控制系统依据导航数据控制火箭飞行轨道，以及地面设备及先进测控技术，确保天舟一号货运飞船准确到达目的地。
　　●航天九院704所为火箭配套的各类传感器、变换器遍布火箭各个部位，编织了一张神经网，实时感知火箭的状态。比如，此次承担发射任务的长征七号火箭里流淌的“血液”为液氧，温度低达-183℃。
　　●航天九院771所：负责生产的箭地通信计算机、PXI测试计算机、光纤惯组信号采集处理系统等地面单元测试计算机均是地面测试控制系统设备，它们如同一个医院，对货运飞船的各个关键部位进行实时监控，随时检测系统的健康状况，实时分析数据并反馈给系统。
　　●航天九院693厂：在天舟一号配套产品研制任务中，航天九院693厂研制生产的八个系列电连接器占整个飞船所用电连接器总数的68%以上，肩负“天舟”动力信号、控制信号和通信信号精准传输的重要使命。
　　天舟一号货运飞船的重要任务之一是完成“太空加油”，实现天宫二号空间实验室推进剂的在轨补给。KX6-3到位开关是天舟一号下达补给和分离指令的环节，也是我们称之为“密匙”的关键所在，由航天九院693厂研制生产。
　　●航天九院539厂：生产天舟一号的频率综合器由航天九院539厂。顾名思义，频率综合器是产生并合成各种频率的机器，它像一个稳定的节拍器，给天舟上的各种实验机器打着拍子，指挥大家按照正确的步调工作运转。
　　航天九院539厂为天舟一号推进分系统提供了包括推进管理器和推进控制驱动器在内的多个设备，满足了推进分系统的众多功能要求。
　　九院539厂研制的舱门压点开关安装在各舱门安装框上，用于快速判断舱门的开、关状态。来自九院539厂的推进管理器和推进控制驱动器，它们承担了推进分系统中的众多任务，堪称推进系统的王。同样来自539厂的补加管理器和补加控制驱动器，则在补加分系统中发挥了类似作用。
　　●航天九院165厂：天舟一号使用了由航天九院165厂提供的电磁继电器、行程开关、连接器等多个品种几百只产品。其中电磁继电器主要用于飞船的电源及计算机系统中，主要完成信号传递、执行控制、系统配电等功能。
　　●由航天九院13所：天舟一号货运飞船导航制导与控制分系统（GNC）的光纤捷联惯性测量组合（即光纤IMU）是飞船的关键惯性测量设备。光纤IMU由航天九院13所进行设计、制造、试验和测试。在天舟一号执行任务期间，13所将派出2名试验队员，在北京执行任光纤IMU数据判读。
　　随着天舟一号发射成功，航天九院772所研发的多款关键元器件首次实现在轨运行。其中，为天舟一号配套研发的某型号微处理器电路是型号的芯片，负责接收地面指令、处理载荷数据、管理控制姿态，它的地位和复杂性使它成为体现宇航元器件水平的代表。除此之外，772所研制的代智能通用刷新控制电路，是一款高可靠宇航用抗辐射刷新控制电路，有效保证了宇航器件的自主可控。此外，772所提供的多款电路也在天舟一号中得以运用，这些国产化电路在型号的运用对于航天型号的创新发展具有重要意义。
　　长虹军工：测量雷达和连接器广泛应用
　　长虹测量雷达：采用特有的目标跟踪技术，为发射指挥中心提供火箭发射初始阶段的实时参数和轨道信息，填补了这一领域的国内空白，为我国火箭发射提供全天候发射的保障，目前中国所有航天发射中心都已装备该雷达。
　　高细晶氧化铍陶瓷夹持杆：是长虹旗下红星公司研发生产的产品也是天舟一号型波管的关键部件，拥有其他陶瓷无可比拟的机电特性、热特性，能有效保障行波管处于稳定工作状态。
　　从“神舟一号”到“神舟十一号”，以及“嫦娥”探月工程、天宫一、二号等，先后为我国载人航天工程配套了9大系列、1400多个规格、5万多只电连接器，配套涉及各个系统。
　　自主研制的首颗宇航级高速图像压缩芯片
　　我国首颗采用货运飞船搭载方式发射的对地观测微纳卫星“丝路一号”科学试验卫星01星，随“天舟一号”货运飞船升空。该星搭载的我国自主研制的首颗宇航级高速图像压缩芯片“雅芯-天图”，由西安电子科技大学图像所与航天五院513所联合研制；西安电子科技大学图像所还承担了“天宫”与“天舟一号”对接系统中遥操作摄像机数字视频编码和解码设备的研制工作。
　　“丝路一号”科学试验卫星01星由在陕的地理信息工程国家重点实验室、西安航天天绘数据技术有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、西安电子科技大学联合等科研单位研制，其具有体积小、重量轻、功能密度高的特点，搭载总重量不超过1千克的轻小型可见光相机，以及我国自主研制的首颗宇航级高速图像压缩芯片“雅芯-天图”。整星收拢尺寸仅为330毫米×100毫米×100毫米，质量不超过4.5千克，设计轨道高度400公里，具备光学遥感对地观测能力，是“丝路微小卫星群对地观测系统”的首发星，担负着系统技术体制验证任务。
　　丝路微小卫星群计划发射30颗以上的微纳卫星，可以提供全色、多光谱、高光谱等多种类型的遥感影像并具备增强导航功能。
　　元器件国产化：中国航天科技集团五院
　　兰州空间技术物理研究所又名叫中国航天科技集团公司五院510所，是航天科技集团公司旗下重要科研单位。此次发射任务由中国空间技术研究院（中国航天科技集团五院）抓总。
　　510所在天舟一号任务中，承担了仪表照明、结构机构以及热控分系统共30台/套单机研制任务，包括综合显示单元、语音单元、舱门快速检漏仪以及交会对接、舱内照明设备等重点单机。这些设备在天舟一号货运飞船在轨运行中的综合状态监控、显示，与天宫二号空间实验室交会对接过程中将起到至关重要的作用。
　　在510所配套的天舟一号单机产品中，首次使用了510所自主开发的专用元器件——100V混合厚膜电源，该产品创新打破了国外技术垄断，实现了混合集成电路的元器件国产化，意义重大。
　　单机数据处理平台在原载人飞船数据处理平台基础上进行改进升级，数据处理速度成倍提升；采用了视频叠加技术，视频处理能力大幅提高；液晶屏由原6.5寸液晶显示模组改进为12.1寸红外触摸显示模组，显示内容更加丰富、显示界面更加友好。
　　天舟一号，为中国科研砥砺前行
　　天舟一号是一艘货运飞船，然而它的功能却不仅仅局限于货物的运输。此次天舟一号发射除了完成交会对接、为天宫二号空间实验室补加燃料之外，它身上还携带了大量的实验设备，在太空运行期间要进行多项实验试验，参与大学、单位、公司数量众多，为中国科研砥砺前行。
　　此次天舟一号上总共搭载了40台设备，要进行13项太空实验试验，真正做到了一船多用。将要在天舟一号上进行的太空实验，包括新型元器件在轨验证，空间环境探测、力学环境测量，以及生命科学方面的实验等涉及众多领域。未来我国将要建设的空间站体积庞大，在太空运行过程中难免会受到太空碎片的撞击。
　　其中，华中科技大学物理学院引力中心的“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”将在天舟一号的运载下，于发射两天后到达天宫二号。
　　这次实验目的是利用天舟一号货运飞船的空间环境，对高静电悬浮加速度计进行在轨检验。据了解，本次实验的技术基础“静电悬浮加速度计”，是华中科技大学物理学院引力中心经过十几年的技术攻关，才最终研发出来的。
　　还有，北京理工大学研制的“空间微流控芯片生物培养与分析载荷”搭乘天舟一号货运飞船升空，开启为期两周的在轨实验。该装置将在地面飞控中心的干预下，自主完成多细胞多腔室细胞共培养和在轨在线分析检测任务，研究将有助于保障航天员长期在轨飞行的健康。