北京时间12月6日凌晨 ， 嫦娥五号探测器圆满实现月球轨道下的首次自动交会对接 。 由中国航天科工集团有限公司研制的高精度加速度计组合、石英挠性加速度计及I/F转换电路组成的“惯测小分队” ， 一路以稳定可靠的表现为“嫦五”提供高精度加速度信息 ， 为这次交会对接稳住速度 。
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航天科工有关专家表示：“要实现自动交会对接 ， 需要以非常精确的控制来确保轨道返回组合体与上升器之间的相对速度尽可能小 ， 而加速度反映的恰恰是速度变化的情况 。 交会对接时的加速度 ， 只有探测器升空过程中最大加速度的千万分之一量级 ， 高精度加速度计组合能够实现微小加速度的精准测量 。 ”
换言之 ， 有了这支“惯测小分队”的助力 ， 这次38万公里外的 “太空牵手”才不会“擦肩而过” 。
组合“队长” 带着“坐垫”去远行
此次交会对接阶段 ， 主要实施加速度测量的高精度加速度计组合是这支“惯测小分队”中的“队长” ， 这已经是它第三次陪伴“嫦娥”远赴月宫 。 为了能够给“嫦娥”提供高精度、高可靠的测量表现 ， 组合采用了独特的冗余设计方案 ， 任务可靠度可达0.999983 ， 曾以完美的表现助力嫦娥三号、嫦娥四号任务圆满成功 。
“此次任务 ， 组合主要承担探测器在地月转移、环月飞行、月球轨道交会对接和月地转移阶段的平动加速度测量 ， 以实现对探测器沿轨道飞行和交会对接过程中平稳、准确的机动控制 。 ” 航天科工三院33所高精度加速度计组合主任设计师于华男介绍说 。
【测量|38万公里外稳住“嫦娥”速度，全靠这支“惯测小分队”！】
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为了这一次“远行” ， 研制团队特地为组合产品增加了新部件——内部减振器 。 由于此次飞行对组合的抗冲击特性提出了更高的要求 ， 增加内部减振器就像是给组合增加了一组吸振隔振的“坐垫” ， 有了这些“坐垫”的加持 ， 即使外界环境存在较大的冲击和振动 ， 加速度计组合仍能在相对稳定的环境下正常工作 。
然而 ， 减振器的设计和安装可不像加“坐垫”那样简单 。 航天科工三院33所设计师付继波介绍说：“减振器安装在组合的多个位置 ， 就像是垫在了柜子的四角 ， 受到冲击时各减振器的变形量存在微小差别 ， ‘垫子’不等高了 ， 加速度计组合就会发生转动 ， 即使是非常微小的转动也会对测量精度带来很大的影响 。 ”为尽可能消除转动变形 ， 团队用两个多月的时间进行了大量的冲击试验 ， 彻底摸清减振器在不同位置、不同冲击条件和不同安装方式下的形变量 ， 最终将形变量控制在了角秒级 ， 确保组合测量精度不受影响 。
“金牌搭档”保障全程加速度
“小分队”中的石英挠性加速度计和I/F转换电路是一组“金牌搭档” ， 在此次任务中 ， 这对“金牌搭档”“承包”了嫦娥五号月宫之旅全程各关键阶段的加速度测量任务——不仅在高精度加速度计组合产品中应用 ， 还在着陆上升组合体和返回器的IMU（惯性测量单元）中扮演关键角色 。
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作为加速度测量的核心器件 ， 这对搭档可谓是功勋神器 ， 曾先后助力神舟系列飞船的11次飞行任务和“天舟”、嫦娥三号、嫦娥四号任务 ， 连战连捷；I/F转换电路还以其高可靠性、高精度的测量信号转换能力 ， 在长征四号、长征六号系列火箭和新一代载人飞船试验船返回舱中成功应用 。
石英挠性加速度计是敏感加速度的关键传感器 ， I/F转换电路则能够将加速度计输出的电流信号转换为适合计算机处理的数字脉冲信号 。 由于在探测器的不同部分承担的任务各不相同 ， 研制团队分别为加速度计配备了不同量程的I/F转换电路 。 “信号转换的过程就像是用天平和砝码给信号‘称重’ ， 加速度变化量大电流信号变化量也大 ， 则需要使用大的‘砝码’ ， ” I/F转换电路主任设计师赵洪利这样比喻 。
在交会对接和轨道控制过程中 ， 轨道器加速度的变化量不大 ， 团队采用小量程的转换电路 ， 能够在同等条件下提供更高精度的加速度测量信息 ， 以实现对探测器更加精准的速度控制；而在月面着陆和返回再入阶段 ， 加速度变化量大 ， 则采用“砝码较大”的大量程转换电路 ， 满足对加速度信息的完整覆盖 ， 确保“嫦娥”飞行全程的速度变化尽在掌握 。
供图：中国航天科工集团
责任编辑：周珊珊(EK006)
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