神舟十二号对接成功背后，国产元器件和自主技术帮了哪些

shuszhao · 发表于 2021-6-19 16:24:49

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北京时间2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。经过6.5个小时，飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接，聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员顺利进驻天和核心舱。

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这是我国空间站阶段的首次载人飞行任务，中国空间站建设再次迈出重要一步。

航天科技集团五院神舟十二号载人飞船总体副主任设计师高旭表示：“神舟十二号载人飞船是迄今为止我国研制标准最高，各方面指标要求最严格的载人航天器。”
神舟十二号载人飞船总长度约9米，为推进舱、返回舱、轨道舱三舱结构。神舟十二号飞船在此前飞船基础上性能提升的过程中，国内科研成果的应用功不可没。
据航天科技集团五院神舟十二号载人飞船项目产品保证经理郑伟介绍，神舟十二号飞船对多项国产化芯片应用进行了改进，元器件和原材料全面实现自主可控，飞船使用的控制计算机、数据管理计算机完全使用国产CPU芯片。
随着我国北斗系统全球组网完成，北斗导航终端也引入飞船设计中，导航计算、返回搜救落点报告等都采用了北斗系统定位数据。
依托我国中继卫星系统，测控由地基测控为主全面转为天基测控为主，地面站船测控为辅，减少对测站、测量船的需求，既扩大了测控覆盖率，又节约了任务成本。

国产晶振替代进口，湖北造

据湖北网络广播电视台透露，武汉海创电子股份有限公司为“神舟十二号”开发的高精度、低老化、抗振温补晶振替代了进口产品，性能优于进口，完全实现全国产化自主可控。武汉海创电子是武汉市配套航天的一家“老企业”，从东方红一号卫星开始，就承担着航空航天产品配套任务。半个世纪以来，海创电子研制生产的各类晶体频率元器件、敏感元器件被应用在神舟、天宫、天问等各类航天器上。

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海创电子质量总师李勇指导现场操作人员对晶振进行封盖前的镜检。（图自湖北之声微信公众号）

晶振产品是电子整机的“心脏”，它为各功能模块、单机提供稳定的时间基准，可以产生稳定的频率信号，保障通讯、控制、导航、测距、信号、图像的传输功能。海创电子质量总师李勇表示，海创电子自主研发的晶体频率元器件温补晶振、时钟晶振、晶体谐振器、热敏电阻器也用在了在“神舟十二号”项目中，这些器件在运载火箭的发射、测控、通信及载人飞船在轨飞行、交会对接等系统中发挥着重要作用。

每次对接，始终有哈工大技术支持

据央广网哈尔滨报道，哈尔滨工业大学多项技术有力支撑此次飞船对接和火箭发射任务。
据悉，从2011年神舟八号飞船与天宫一号进行首次空间对接任务开始，到此次神舟十二号与天和核心舱的交会对接，我国已经成功实施5次载人飞船的空间对接任务。这背后，始终有来自哈工大材料学院王浪平教授团队的技术支持。

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载人航天对接机构地面模拟与测试系列装备（央广网发哈尔滨工业大学供图）

空间对接机构由若干套装置实现飞船与目标飞行器的锁紧与解锁，锁紧过程其偏心轴等零件表面承受的应力接近材料极限。为了保证对接机构的工作可靠性，要求零件在保持微米级加工精度的同时，其表面获得超高硬度、低摩擦系数和防冷焊等性能。由于结构材料无法满足这一性能要求，必须采用表面强化技术来提升零件表面性能。然而，采用传统表面强化技术来处理这些零件时，存在零件尺寸超差、表面脆化等重大技术难题，导致这些零件的表面强化一度成为空间对接机构研制的核心技术瓶颈之一。
王浪平教授团队采用离子注入与沉积技术实现了硬度与成分双梯度过渡复合表面强化层的制备，获得了太空环境下的高抗磨损、自润滑和防冷焊等性能，从而攻克了空间对接机构核心零件的表面强化难题，并研制了离子注入与沉积工业化装备，为空间对接机构上50余个核心零件的表面强化提供了设备条件，实现了关键技术的自主可控，保障了神舟八号到神舟十二号飞船与目标飞行器的可靠对接，并被航天八院授予“首次空间对接任务优秀协作单位”。

“天和”核心舱里，772所的元器件无处不在

除了神舟十二号，本次中国人首次登上自己的空间站也备受关注，其中“天和”核心舱是今年4月29日通过长征五号B遥二运载火箭送上去的。
空间站作为如今航天航空领域最复杂的技术，国产核心器件无疑面临着巨大的挑战，而核心舱作为空间站的大脑，自然也对航天芯片提出了更高的要求。然而在“天和”中，国产芯片的存在起到了不可忽视的作用。

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据悉，北京微电子技术研究所（772所）为核心舱的环控生保系统、热控系统、推进系统等10多个分系统配套了处理器、FPGA、AD/DA、1553B总线、大容量SRAM存储器、专用ASIC集成电路等32款7100余只集成电路，为空间站核心器件国产化提供全方位支撑。
在航天任务中，最重要的组件是星载计算机。772所的SPARCV8处理器BM3803已经出现在国家多个重大航天工程中，此次也是作为“天和”星载计算机中最关键的SoC，确保了核心舱的稳定控制。这款32位的RISC嵌入式处理器拥有优秀的抗辐性能，负责舰上的载荷任务管理、网络管理和热控管理等分系统管理和控制。
此外，772所得元器件还为“天和”提供了很多其他保障：通用智能刷新控制芯片BSV2CQRH解决了SRAM型FPGA在太空中遇到的单粒子效应问题，保障了空间站中重要单机、系统的可靠工作；宇航级的1553B总线系列电路同样用于长征五号B运载火箭，用于对其进行实时控制和信息综合，保证信息传输的畅通无阻，为其提供了鲁棒性好的“高速公路”；B65608EARH作为一款可承受100Krad的SRAM存储器，在天和核心舱中主要用于中继SSA-SMA终端设备，为空间站和地面通信中继任务的完成起到了保障；14位AD和12位DA作为空间站惯导测量的核心器件，未来对接的姿态控制都由它们负责。
目前在航天航空和军工电子领域，主要使用的仍是ASIC和FPGA，从我国重大航天航空项目的屡次成功上看来，我们在这一领域已经基本实现了国产化。