作者:甘晓 张学良 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/10/19 10:54:51
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神舟十一号航天员靠哪些“神器”收发信息?

 

10月19日凌晨,天宫二号与神舟十一号顺利牵手,标志着此次载人发射任务又完成关键一环。在轨飞行的30天里,航天员景海鹏、陈冬的工作与生活都离不开对各类信息的接受和发送。

中国航天科技集团五院(以下简称“航天五院”)西安分院承担了多项航天员收发信息关键技术的研发。景海鹏和陈冬将依靠中继终端、天线网络以及仪表控制器应用软件等高科技“神器”完成包括交会对接等在内的各项重要任务。

搭建太空“天路”

为确保在轨飞行的神舟十一号飞船与地面保持实时畅通,航天五院西安分院科研人员研制了中继终端。通过与中继卫星“天链一号”实现“太空握手”,中继终端成为天基测控的重要终端。这样,地面与卫星、卫星与飞船见的太空“天路”搭建起来。

科研人员向《中国科学报》记者介绍,当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星“天链一号”,这样就完成了中继终端对“天链一号”的捕获跟踪,并向中继卫星发送数据,从而建立了从神舟十一号飞船到中继卫星、再到地面站的数据传输链路。

特别是在交会对接过程中,通过中继终端所搭建的天基测控通信系统,能够对天宫二号和神舟十一号飞船实现同时测控、同时进行高速数据传输,所建立的星间链路可以实时想地面传输交会对接画面。

据悉,中继终端的应用使我国的天基测控通信得以成为现实。除了在我国在人航天领域应用之外,中继终端在对地观测、资源或国土普查、环境与灾害监测等多种航天器上使用,为我国空间信息传输搭建了重要桥梁。

设计收发信息的“集散地”

在神舟十一号飞船中,有一个长、宽、高分别仅有20厘米、20厘米和9厘米大小的产品。虽然“个头小”,但它却是航天员在太空中收发信号的枢纽。这便是“天线网络”。

航天五院西安分院的科研人员向《中国科学报》记者打了个生动的比方:“如果将天线网络比作快递中转站的话,那么转进和转出的‘快件’,就代表神舟十一号飞船上一路路的信号。”飞船上10余副天线的信号接收和发送都通过天线网络来提供信号通路。

对于研制团队而言,最大的技术难度在于如何缩小天线网络设备的体积。基于西安分院在“微波无源介质双工器“方面的研制能力,研制人员共同攻关设计出了适合于天线网络应用的“介质双工器”。

“按照常规设计,每个通道需要设备上的三个腔体来实现信号的畅通,那么两路信号则需要六个通道来实现。”科研人员表示。那么,天线网络的体积必然会超出预定目标。最终,科研人员创造性地为两个通道设置了由三个膜组成的公共腔体,仅用了三个腔体就实现了两路信号的通路,使天线网络的体积减少至原有体积的三分之一。

打造高效智能的“太空APP”

在电脑和手机中,一款好的软件和APP会极大地提高使用效率。神舟十一号飞船上,当航天员点击仪表下方“姿态综显”按钮后,与飞船相关的开机时间、轨道控制时间、飞行速度等近20项信息都显示在屏幕上,航天员通过这些数据来判断飞船的状态。这便是一款称为“仪表控制器应用软件”的智能APP。

负责开发该软件的航天五院西安分院科研人员张赤萍介绍,这款软件使用C语言编写,由4万多行代码组成,因其采用了嵌入式平台,在实时性和可靠性方面具有明显优势。

据了解,软件中不仅汇集了神舟十一号飞船14个分系统的所有数据,而且能够显示与飞船和航天员相关的54幅页面图,还能够为飞船的自主应急返回寻找最佳的落点。“有了这样一款智能的太空APP,航天员就可以一目了然地掌握自己和神舟飞船的所有情况。”张赤萍告诉《中国科学报》记者。

同时,遵循人机工效学的设计原理,太空APP还为航天员提供了清晰、直观、舒适的显示界面,飞船全姿态图、彩色世界地图、交会对接画面等与神舟十一号飞船相关的54组画面都能显示。

据悉,在未来的空间任务中,科研人员还将根据需要开发娱乐功能界面,为航天员的太空之旅缓解精神压力。

 
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