宇航服電子元器件：航天員的“生命保護神”

　　航天員系統是“神七”飛船中和航天員最密切接觸的系統，直接關(guān)乎航天員的生命安全。中國電子科技集團的各個(gè)研究所為航天員系統提供了一系列的電子元器件：光電耦合器、傳感器、混合集成電路等產(chǎn)品，這些電子元器件為航天員的生命安全提供了堅實(shí)的保障。

　　2008年9月25日，當“神舟七號”劃過(guò)天際進(jìn)入預定軌道時(shí)，所有中國人都為之歡呼。如果把整個(gè)“神七”飛船系統比作一個(gè)人的機體，那么眾多的元器件就如同機體組織中的細胞，盡管微小，卻至關(guān)重要不容忽視。應用在航天飛行器上的產(chǎn)品，其性能指標要求非常嚴格，一些條件甚至近似苛刻，對可靠性的要求更是非常高，必須做到萬(wàn)無(wú)一失，技術(shù)難度相當大。

　　在“神七”七大系統中，航天員系統是和航天員接觸最密切的系統，直接關(guān)乎航天員的生命安全，任何一個(gè)零部件的瑕疵都可能造成無(wú)可挽回的損失。中國電子科技集團的各個(gè)研究所為航天員系統提供了一系列的電子元器件：光電耦合器、傳感器、混合集成電路等產(chǎn)品，通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng )新，以及所內上下所有部門(mén)的戮力配合，電子元器件順利地為航天員的生命安全提供了堅強有力的保障。

所有部門(mén)為“神七”亮綠燈

　　中國電子科技集團公司和下屬的各所對“神七”任務(wù)都特別重視，所長(cháng)親自?huà)鞄?，一切部門(mén)要為“神七”項目亮綠燈，這為產(chǎn)品保質(zhì)保量完成提供了堅實(shí)的保證。其中與航天員系統密切相關(guān)的包括二十三所、四十三所、四十四所、四十八所、四十九所。

　　從“神一”到“神七”的歷次飛行任務(wù)中，四十三所為飛船先后配套了5大類(lèi)混合集成電路產(chǎn)品。2005年1月底，負責飛船系統的航天集團某研究所提出要求四十三所在當年3月份前研發(fā)出3個(gè)品種溫度變換器，并對其性能提出了很高的要求。四十三所在時(shí)間緊、任務(wù)重、難度大的情況下，電路設計人員在“多難也要啃下這塊硬骨頭”的信念下加班加點(diǎn)，全身心投入到產(chǎn)品研制過(guò)程中。

　　為了使這些產(chǎn)品從設計、生產(chǎn)、試驗到交付一次性成功，確保零缺陷，四十四所從領(lǐng)導到科技人員都高度重視，并成立了“神舟七號載人航天飛行任務(wù)”領(lǐng)導小組、技術(shù)保障小組和質(zhì)量檢查整改小組，湯興華所長(cháng)任領(lǐng)導小組組長(cháng)。為了確保任務(wù)保質(zhì)保量按時(shí)完成，所里調集精兵強將，成立了重點(diǎn)型號公關(guān)小組，在科研攻關(guān)過(guò)程中實(shí)施全過(guò)程控制和零缺陷管理。所里要求全力圍繞重點(diǎn)型號產(chǎn)品服務(wù)，為重點(diǎn)型號產(chǎn)品鋪設“綠色通道”。凡是任務(wù)所需解決的問(wèn)題，各研究室、各機關(guān)部門(mén)及保障單位必須及時(shí)給予解決。

　　二十三所在接到“神七”配套任務(wù)后，所長(cháng)唐正國親自?huà)鞄?，并強調要以對我國航天事業(yè)高度負責的態(tài)度對待“神七”配套項目。他調動(dòng)所有人力無(wú)力，全力支持研制工作，從原材料采購到檢驗，從工藝參數到設備狀態(tài)，從產(chǎn)品中間檢驗到最終檢驗，都嚴格按質(zhì)量體系要求程序操作，確保產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)關(guān)。

　　“神七”載人航天工程艙外航天服系統用的服裝壓力傳感器、氣瓶壓力傳感器是四十八所第一次承擔中國載人航天工程產(chǎn)品研制任務(wù)。接到任務(wù)后，全所上下十分重視，專(zhuān)門(mén)成立了以唐景庭所長(cháng)為組長(cháng)的傳感器研制領(lǐng)導小組。所內一切部門(mén)都為產(chǎn)品的研制開(kāi)綠燈，并發(fā)揚特別能吃苦、特別能戰斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻的“載人航天”精神，確保任務(wù)圓滿(mǎn)完成。經(jīng)過(guò)兩年多的刻苦攻關(guān)，產(chǎn)品順利交付。為了保障“神七”飛行最終任務(wù)的順利完成，唐所長(cháng)又迅速作了部署，在所內專(zhuān)門(mén)成立了“神七”任務(wù)快速應急領(lǐng)導小組和應急技術(shù)保障小組，由唐景庭所長(cháng)親自任組長(cháng)，領(lǐng)導小組協(xié)調所內一切資源，保障“神七”成功發(fā)射和航天員成功出艙。

電子元器件為航天員安全護航

　　四十四所承擔“神七”載人航天飛行3項配套生產(chǎn)任務(wù)，分別有3個(gè)型號的產(chǎn)品得到應用，其中某型號的光電耦合器在出艙宇航服內部電源系統中得到應用。該光電耦合器用于監測宇航服的電池電壓，它能準確判斷電源系統工作是否正常，并對電源的供電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。

　　測量過(guò)程要求保證做到測量點(diǎn)和人體的電氣隔離，從而保證航天服能安全工作。該產(chǎn)品具有線(xiàn)性度高、溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還采取了相應的抗電離輻射加固的措施，保證在較大劑量空間γ射線(xiàn)的作用下，功能也運行正常。該產(chǎn)品在系統中運行良好，工作穩定，為航天員實(shí)現艙外行走提供了有力保證。

　　四十八所承擔了“神七”艙外航天服系統中的兩種壓力傳感器：一種是FTH403氣瓶壓力傳感器，它安裝在“神七”艙外航天服的背包和掛包內，用于測量服裝背包和掛包中高壓氧瓶?jì)鹊膲毫ψ兓?，為供氣子系統及氧瓶的使用提供依據，確保有足夠的高壓氧氣讓航天員遨游太空；另一種是FTH401服裝壓力傳感器，它安裝在艙外航天服的背包內，用于測量服裝內航天員呼吸壓力，從而保障服裝內環(huán)境壓力滿(mǎn)足航天員工作需求和生命安全需求。

　　四十三所為“神七”研制配套數百塊高可靠性溫度變換器混合集成電路產(chǎn)品，它們具有通用性強、測溫范圍廣、精確度高、抗電磁干擾能力強等特點(diǎn)，被廣泛應用于航天員宇航服系統中，為保護航天員生命、確保飛船正常工作提供了保障。

　　此次為“神七”配套的產(chǎn)品之一是溫度混合集成電路，它主要用來(lái)將傳感器測量到的環(huán)境溫度數據轉化為可以識別的電信號，從而達到調節溫度的目的。太空中沒(méi)有大氣層的保護，飛船和宇航服表面溫度變化極大，最大可相差幾百度，寒冷和炙熱時(shí)刻威脅著(zhù)航天員的生命。宇航服要想做好航天員的“生命保護神”，確保航天員生命安全，溫度變化器這個(gè)電路系統和外界溫度之間的“翻譯”能否很好地發(fā)揮作用至關(guān)重要。

　　二十三所承接了“SZ-7心電電極帽及引線(xiàn)”項目。該項目用于航天員的醫監系統中，它是實(shí)現對航天員心電信號和其他身體特征實(shí)時(shí)監測和信號傳輸的關(guān)鍵部件。此外，二十三所還為“神七”配套“通信頭戴電纜”和“航天服生理信號電纜”，分別用于航天員頭戴通信系統和航天服生理信號傳輸系統。“通信頭戴電纜”是實(shí)現通信頭戴、艙內壓力服和飛船返回艙語(yǔ)音處理裝置連接的重要部件。而“航天服生理信號電纜”是航天服中傳輸航天員心電、呼吸、體溫、脈搏、血壓等生理特征信號的傳輸線(xiàn)，是檢測航天員生理信號是否安全的傳輸信號電纜。

　　四十九所從1994年開(kāi)始為載人航天工程研發(fā)配套傳感器，為“神一”到“神六”的多次飛行任務(wù)的順利完成提供了高精度、高可靠的控制和測量參數。FTH系列產(chǎn)品安裝在艙外航天服的背包內，包括液冷服水溫傳感器、通風(fēng)溫度傳感器和水升華器出口水溫傳感器，用于監測艙外服內相關(guān)設備的工作情況。

技術(shù)創(chuàng )新推動(dòng)產(chǎn)品性能突破

　　由于出艙宇航服特殊的使用環(huán)境，產(chǎn)品規定在輻照環(huán)境下依然要保持高的線(xiàn)性度，而且要求在全溫范圍內以及在輻照環(huán)境下保持極高的綜合精度。四十四所攻關(guān)組經(jīng)過(guò)多次交流，根據產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行輻射效應的理論研究和實(shí)驗，分析其輻射效應薄弱環(huán)節及損傷模式，有針對性地開(kāi)展抗輻射加固的設計和工藝技術(shù)研究。在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程中，四十四所通過(guò)選擇合適的芯片和采取補償設計，使用自制高精度耦合臺等措施，經(jīng)過(guò)多次抗輻照摸底實(shí)驗，反復改進(jìn)和調試，不斷完善器件結構和工藝技術(shù)。

　　為了積累第一手資料，攻關(guān)組幾位同志多次到某基地進(jìn)行γ射線(xiàn)的電離輻射實(shí)驗。由于實(shí)驗時(shí)間長(cháng)，并且需要在各個(gè)劑量點(diǎn)進(jìn)行在線(xiàn)監測，隨時(shí)記錄實(shí)驗過(guò)程中各個(gè)參數的變化情況，四十四所相關(guān)員工經(jīng)常是連續30多個(gè)小時(shí)不能合眼。經(jīng)過(guò)四十四所共同努力，產(chǎn)品在抗輻射加固方面取得了突破，滿(mǎn)足了用戶(hù)的使用要求。

　　其中運用在出艙宇航服上的GG1142Z型光電隔離器運用了一系列創(chuàng )新技術(shù)：綜合精度高，在工藝實(shí)施中，采用了對器件合理布線(xiàn)的工藝技術(shù)，提高器件隔離特性的工藝技術(shù)等，保證了工藝的先進(jìn)性和樣品質(zhì)量；線(xiàn)性度高，通過(guò)耦合工藝控制線(xiàn)性光耦傳遞系數及線(xiàn)性度，確保線(xiàn)性光耦傳遞系統的一致性以及滿(mǎn)足非線(xiàn)性度達到合同技術(shù)指標的要求；抗輻射能力強。

　　四十三所在充分了解產(chǎn)品的功能、性能要求的基礎上，經(jīng)過(guò)EDA（電子設計自動(dòng)化）設計論證和大量試驗，優(yōu)化了電路設計方案，在一個(gè)半月內完成了方案評審、電路設計、計算機仿真、元器件選型、工藝生產(chǎn)、產(chǎn)品調試、試驗篩選等各項工作，保證了產(chǎn)品按期交付用戶(hù)。經(jīng)用戶(hù)聯(lián)機使用測試，各項性能測試均符合要求，其中測量精度更是提升了40%以上，遠優(yōu)于用戶(hù)要求。

　　二十三所的“SZ-7心電電極帽及引線(xiàn)”項目在“神舟六號”配套產(chǎn)品工藝技術(shù)基礎上不斷改進(jìn)，技術(shù)人員通過(guò)摸索新工藝，創(chuàng )新地采用夾持固定結構，使產(chǎn)品的可靠性有了質(zhì)的飛躍。正是通過(guò)創(chuàng )新工藝，該產(chǎn)品具有可靠性高、結構緊湊、體積小、重量輕、使用靈活方便且具有防誤操作的功能。同時(shí)，由于該產(chǎn)品體積小，各個(gè)零部件加工繁瑣，二十三所通過(guò)無(wú)數次的電腦模擬，對多套方案逐一進(jìn)行力學(xué)和熱力學(xué)分析比較并優(yōu)化方案，大大縮短了試制周期，使產(chǎn)品可靠性水平有了很大的突破。二十三所不僅實(shí)現了電極帽連接牢固、接觸可靠，而且在短時(shí)間內形成了小批量供貨能力，按時(shí)保質(zhì)地為客戶(hù)提供了100套優(yōu)質(zhì)的配套電極帽產(chǎn)品。

　　四十八所的兩款芯片都采用了完全自主知識產(chǎn)權的離子束測射鍍膜工藝制作而成，第三款芯片與壓力接口采用了全焊接方式，有效地解決了“神七”飛船艙外航天服對壓力傳感器所需的耐高壓、耐氧化、不泄露、小體積、高可靠性等問(wèn)題。該產(chǎn)品的研制成功，填補了國內空白，打破了國外的技術(shù)封鎖，并替代了從俄羅斯進(jìn)口的壓力傳感器，滿(mǎn)足了載人航天的迫切需求，同時(shí)也為“神八”類(lèi)似產(chǎn)品的研制提供了技術(shù)支持。

　　四十九所為“神七”艙外服配套的產(chǎn)品主要技術(shù)都是自主研發(fā)、自主創(chuàng )新的，其性能均達到世界先進(jìn)水平。如用于航天員體溫監測的傳感器，系統要求將溫敏傳感器裝到與人耳相匹配的耳包內，在完成檢測功能的同時(shí)，保證航天員人體安全且佩戴舒適。目前國內尚無(wú)耳包設計的成型技術(shù)，四十九所經(jīng)過(guò)查閱人體工力學(xué)等大量資料，進(jìn)行了反復試驗驗證，突破了耳包成型和敏感元件的外形成型工藝難點(diǎn)，經(jīng)航天員實(shí)際佩戴試驗，感覺(jué)良好，很好地滿(mǎn)足了系統要求。