夢(mèng)天實(shí)驗艙****成功！中國航天黑科技都依靠這些傳感器！

夢(mèng)天實(shí)驗艙成功****意味著(zhù)什么?

意味著(zhù)中國再一次在人類(lèi)的最高科技領(lǐng)域打破了美國等西方國家的圍堵封鎖！

早在2001年，中國就希望藉與歐洲空間局合作的機會(huì )，參與到國際空間站的建設中，并且多次表態(tài)希望參與國際空間站建設。

但美國等國家屢次以技術(shù)保密、資金短缺等理由拒絕中國的申請。在2011年，美國總統奧巴馬和美國國會(huì )通過(guò)沃爾夫條款，立法禁止美國國家航空航天局與中國的任何科學(xué)或技術(shù)交流。

▲中國空間站建設時(shí)間表（來(lái)源：微博vony7）

因此，中國不得不全面自行試驗研究并開(kāi)發(fā)空間站系統，并在2011年9月****試驗性空間站——天宮一號。

一次次的友好科研申請，一次次地被拒接，甚至被立法禁止。中國始終憋著(zhù)一股氣，沒(méi)有西方國家的參與，中國人也能造出屬于自己的宇宙空間站！

如今，隨著(zhù)夢(mèng)天實(shí)驗艙的成功****，交會(huì )對接完成在即，中國人第一個(gè)空間站——天宮空間站將完成在軌建設，這意味著(zhù)中國人的第一個(gè)空間站完工了！中國人也造出了屬于自己的宇宙空間站！

▲中國空間站在軌運行效果圖 圖源：人民日報

傳感器在夢(mèng)天實(shí)驗艙等航天器中有多重要？

傳感器在航空航天中有多重要？我們先來(lái)看幾個(gè)例子：

▲俄羅斯質(zhì)子-M 火箭搭載 3 顆 GLONASS-M 導航衛星****失敗

傳感器作為航天器的“感官”和“神經(jīng)”，遍布航天器的各個(gè)關(guān)鍵部位，是確保測得出、測得準、預測對、診斷靈，保障任務(wù)成功率的有效手段。

例如，運載火箭中的控制系統、動(dòng)力系統、推進(jìn)劑利用系統、附加系統、遙測系統，載人飛行器中的故障檢測與診斷系統、艙內環(huán)境控制與生命保障系統、逃逸救生系統、航天員艙外活動(dòng)支持系統和再入式登陸系統等，都離不開(kāi)傳感器對航天器各關(guān)鍵部位工作狀態(tài)的準確檢測。

▲問(wèn)天實(shí)驗艙結構示意圖 圖源：火星學(xué)會(huì )

載人航天器艙內密閉空間由于在軌環(huán)境的特殊性，在軌艙內環(huán)境監測傳感器對于航天員安全就至關(guān)重要。

美國國際空間站就是依靠高靈敏傳感器的火災預警，多次成功避免了國際空間站火災悲劇的發(fā)生。

一個(gè)航天器，需要多少個(gè)傳感器？

國內外各種航天飛行器系統，無(wú)一例外，都需要大量各種類(lèi)型的傳感器，包括壓力傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器、激光傳感器、距離傳感器、位置傳感器、金屬接近開(kāi)關(guān)、慣性傳感器、陀螺儀......

它們在超低溫、強輻射、高真空、高速度等極其惡劣的環(huán)境下為航天員的生命安全以及航天器的運行正常提供重要保障。

那么一個(gè)航天器需要多少個(gè)傳感器呢?

據相關(guān)數據顯示，世界上最復雜的航天飛行器——航天飛機，使用的傳感器數量超過(guò)了3500只。

歐空局的 Ariane5 火箭上，在研制試驗階段使用傳感器數量 435 只，通常一次飛行測量參數達 570 個(gè)，一次技術(shù)飛行測量參數達 1100個(gè)。

我國航天任務(wù)中也大量使用各種類(lèi)型的傳感器，例如載人運載火箭中，單發(fā)使用傳感器、變換器數量達到 600 余只，而新一代大型運載火箭單發(fā)使用傳感器、變送器數量更是超過(guò)了 1600 只。

▲問(wèn)天實(shí)驗艙結構示意圖

以****夢(mèng)天實(shí)驗艙的長(cháng)征五號B運載火箭為例——它有一個(gè)昵稱(chēng)叫“胖五”：

中國“天空”空間站核心艙“天和”號，是空間站的管理和控制中心，負責空間站組合體的統一管理和控制，擁有核心傳感器300多個(gè)，測量長(cháng)達900多路信號，傳感器全部為自主研發(fā)，感知、控制著(zhù)整個(gè)空間站的各項數據。

經(jīng)過(guò)以北京遙測技術(shù)研究所為代表的國內科研院所長(cháng)達 60 年的共同努力，國內航天傳感器經(jīng)歷了由仿制到自制、由少品種到多品種、由結構型到復合型、由低準確度到高準確度的發(fā)展歷程。

如今，中國天宮空間站上從傳感器到各種儀器儀表，都實(shí)現了100%的全國產(chǎn)化，而本次夢(mèng)天艙中數十種百余只傳感器，都是中國電科提供。

我國天宮空間站的黑科技，離不開(kāi)國產(chǎn)傳感器！

黑科技一：“萬(wàn)里穿針”快速交會(huì )對接技術(shù)

空間交會(huì )對接是載人航天活動(dòng)的三大基本技術(shù)之一，是實(shí)現空間站和空間運輸系統的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營(yíng)救等在軌服務(wù)的先決條件，復雜度高、精準度高、自主性要求高、安全性要求高。為掌握該項技術(shù)，我國科研人員接續奮斗了近30年。

神舟十三號載人飛船與中國空間站天和核心艙，實(shí)現首次徑向交會(huì )對接，主要功臣就是我國航天科工某所自主研制的微波雷達，微波雷達相繼導引天舟二號、神舟十二號、神舟十三號飛船與天和核心艙完成交會(huì )對接。

▲在微波雷達引導下，首次載人飛船在太空實(shí)施徑向交會(huì )對接

本次，夢(mèng)天實(shí)驗艙與天和核心艙的交會(huì )對接，將采取與問(wèn)天實(shí)驗艙相似的半自主快速交會(huì )對接方式，同樣需要依靠自研國產(chǎn)微波雷達的引導，才能在茫茫太空之中，實(shí)現“萬(wàn)里穿針”。

黑科技二：全球首創(chuàng )可自由移動(dòng)的空間站機械臂

在美國喜劇《太空部隊》中，有一個(gè)名場(chǎng)面被網(wǎng)友津津樂(lè )道，就是一個(gè)中國的航天器用機械臂剪掉了美國衛星的太陽(yáng)能板，讓該衛星停機。

▲美劇《太空部隊》場(chǎng)景

現在，實(shí)現“抓”衛星的機械臂，已經(jīng)裝在了中國的天宮空間站上，并且還可以自由移動(dòng)！

中國空間站機械臂，可用于飛行器的捕獲、輔助航天員艙外活動(dòng)、艙外貨物搬運、艙體狀態(tài)檢查、載荷照料等重要任務(wù)，是空間站最具實(shí)用價(jià)值的工具，其核心是中國航天科技集團公司某所歷時(shí)10年研發(fā)的3款傳感器，打破了國外企業(yè)在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。

其中，六維力傳感器是三款傳感器中結構最為復雜、研制難度最大的一款，能夠同時(shí)測量三個(gè)方向上的力分量和轉動(dòng)時(shí)的力矩分量；一維力傳感器主要負責機械臂末端執行器在實(shí)施目標抓取和拖動(dòng)功能時(shí)，對拖動(dòng)力進(jìn)行監測；一維力矩傳感器則用于感知機械臂關(guān)節轉動(dòng)時(shí)所承載的力矩，實(shí)現整臂的柔順控制。

夢(mèng)天實(shí)驗艙與問(wèn)天實(shí)驗艙有什么區別？

夢(mèng)天實(shí)驗艙主要用于開(kāi)展空間科學(xué)與應用實(shí)驗。問(wèn)天實(shí)驗艙主要用于執行生命科學(xué)實(shí)驗，可以被看作“生物實(shí)驗室”。而夢(mèng)天實(shí)驗艙則更像一個(gè)“物理實(shí)驗室”。

夢(mèng)天實(shí)驗艙主要面向微重力科學(xué)研究，配置了流體物理、材料科學(xué)等多學(xué)科方向的實(shí)驗柜，包括：流體物理實(shí)驗柜、兩相系統實(shí)驗柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗柜、高溫材料實(shí)驗柜、超冷原子實(shí)驗柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗柜主柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗柜副柜以及在軌維修裝調實(shí)驗柜等實(shí)驗柜。支持開(kāi)展重力掩蓋下的材料凝固機理等物質(zhì)本質(zhì)規律研究以及超冷原子物理等前沿實(shí)驗研究。

在太空實(shí)驗當然是看重天空特有的實(shí)驗條件。在地表，重力環(huán)境下，生命體和物質(zhì)受到重力作用，物質(zhì)的某些本質(zhì)規律可能被重力作用掩蓋，因此在微重力或無(wú)重力環(huán)境下，或許會(huì )有一些意想不到的結果。這些研究成果將幫助我們在地面上的相關(guān)學(xué)科研究提升效率和質(zhì)量。

▲夢(mèng)天實(shí)驗艙實(shí)驗柜示意圖 圖源：中國載人航天

同時(shí)，在天宮二號空間冷原子鐘的基礎上，夢(mèng)天實(shí)驗艙將建立世界上第一套由氫鐘、銣鐘、光鐘組成的空間冷原子鐘組，構成在太空中頻率穩定度和準確度最高的時(shí)間頻率系統，如果成功，這將成為太空中最精準的時(shí)間頻率系統，數億年誤差小于1秒。并且還將開(kāi)展引力紅移、精細結構常數測量等前沿的科學(xué)研究，推動(dòng)時(shí)間頻率的導航與大地測量等應用。

此外，夢(mèng)天艙外還安排了材料艙外暴露實(shí)驗裝置和元器件與組件艙外通用試驗裝置，用于開(kāi)展艙外實(shí)驗項目。

結語(yǔ)

今天，中國人的第一個(gè)太空站——天宮空間站的最后一個(gè)核心艙夢(mèng)天實(shí)驗艙成功****。同時(shí)，今天也是我國“兩彈一星”元勛錢(qián)學(xué)森先生逝世13周年的日子。

文中，我們可以看到，研發(fā)六維力傳感器用了10余年，實(shí)現全自主空天對接技術(shù)用了30年，研發(fā)各種航天航空傳感器我們不間斷用了60年。

長(cháng)期以來(lái)，西方國家對我國高科技領(lǐng)域圍追堵截，尤其是涉及國家重大型號工程所需的敏感芯片和傳感器產(chǎn)品，國外一直采取嚴格的限制和禁運措施，尤其是近些年以來(lái)，形勢更為嚴峻。

中國科技的進(jìn)步，是以錢(qián)學(xué)森等為代表的許多科學(xué)家默默付出10年、20年、30年……時(shí)間，一點(diǎn)一滴自力更生艱苦研究得來(lái)的，致敬！

來(lái)源：傳感器世界