光明日報記者 詹媛

　　10月31日，中國空間站基本構型的最后一塊大“拼圖”——夢(mèng)天實(shí)驗艙從文昌航天發(fā)射場(chǎng)升空，中國人的太空“家園”，在軌建造完成。“太空建家”，眾多自主創(chuàng )新的先進(jìn)器件和設備發(fā)揮了重要作用。

　　1.“鷹眼鏢師”為火箭護航

　　“鷹眼鏢師”,中國航天科工二院23所在文昌航天發(fā)射場(chǎng)有兩部固定式脈沖測量雷達，為夢(mèng)天實(shí)驗艙保駕護航。自“太空快遞”沖天而起，這兩部雷達就像鷹眼一樣，火箭飛到哪兒，它們就“看”到哪兒，火箭飛得穩不穩，有沒(méi)有“跑偏”，全靠它們“報信兒”。

　　在火箭發(fā)射上升段，這兩部雷達為文昌航天發(fā)射場(chǎng)指控中心，實(shí)時(shí)提供火箭的距離、方位、俯仰等信息，從而讓指控中心掌握火箭上升段運行狀態(tài)，為安全控制系統提供重要信息——一旦火箭飛行出現偏移軌道的狀況，立刻就能被發(fā)現。同時(shí)，這兩部雷達也為其他設備提供引導信息，它們的高精度觀(guān)測會(huì )一直“盯”著(zhù)火箭帶著(zhù)夢(mèng)天實(shí)驗艙，順利飛上大氣層。

　　文昌航天發(fā)射場(chǎng)位于熱帶，常年濕熱多雨，臺風(fēng)影響頻繁，對雷達設備穩定性也提出新的要求。為了確保發(fā)射任務(wù)成功，該所對這兩部雷達的要求是“零故障”。作為該所部署在祖國最南端的固定式雷達產(chǎn)品，這兩部雷達開(kāi)創(chuàng )了該所雷達設備在熱帶海島環(huán)境長(cháng)期工作的先河。雷達設計時(shí)對產(chǎn)品環(huán)境適應性進(jìn)行了充分考慮，盡可能簡(jiǎn)化室外裝備，對室外機箱進(jìn)行封閉式設計，選擇防腐蝕、防潮性能好的部件，最大程度提高裝備環(huán)境適應性，提高產(chǎn)品可靠性。

　　正因如此，這兩個(gè)“鷹眼鏢師”，經(jīng)歷了多次考驗，次次不辱使命——2016年，它們保障“長(cháng)征七號”和“長(cháng)征五號”首飛，被西昌衛星發(fā)射中心評價(jià)為“在兩型火箭首飛期間，穩妥可靠，萬(wàn)無(wú)一失，實(shí)現了關(guān)鍵時(shí)段零故障的目標”。從2016年到2022年，天問(wèn)、嫦娥、天舟、天和、問(wèn)天、夢(mèng)天，這兩部雷達始終“零故障”，圓滿(mǎn)完成各項任務(wù)保障工作，一次次護航長(cháng)征家族的“快遞員”平安奔赴太空。

　　2.微波雷達牽起“太空紅線(xiàn)”

　　夢(mèng)天實(shí)驗艙與空間站組合體成功交會(huì )對接，中國航天科工二院25所自主研發(fā)的微波雷達再次牽起“太空紅線(xiàn)”，成功導引實(shí)現對接，九天之上再現中國精度！

　　微波雷達是空間站交會(huì )對接過(guò)程中的關(guān)鍵測量敏感器，承擔著(zhù)中遠距離航天器間距離、速度、角度等相對運動(dòng)參數的精確測量任務(wù)。遠距離捕獲、穩定跟蹤、精準導引、可靠通信全依賴(lài)這個(gè)“靠譜紅娘”引導。

　　微波雷達由雷達主機和應答機兩部分組成，分別安裝在交會(huì )對接的兩個(gè)航天器上，兩者就像是電話(huà)的兩端，通過(guò)微波實(shí)現相互“問(wèn)答”，傳遞相互的位置、姿態(tài)信息，“牽引”航天器從相遇到相連，直至完成交會(huì )對接。此次任務(wù)中，安裝在夢(mèng)天實(shí)驗艙上的微波雷達在兩個(gè)航天器相距約100公里處開(kāi)機，迅速與安裝在天和核心艙上的應答機建立穩定鏈路，并持續輸出高精度測量數據，保證對接全過(guò)程穩定可靠。

　　這個(gè)“靠譜紅娘”，很不簡(jiǎn)單，自它在“天宮一號”與“神舟八號”交會(huì )對接任務(wù)中首次亮相以來(lái)，20多年間，在載人航天任務(wù)中，先后經(jīng)歷了11次交會(huì )對接，保持了屢戰屢勝的光榮記錄，用高精度的產(chǎn)品性能和高可靠的質(zhì)量，完美助力載人航天任務(wù)順利開(kāi)展，以穩定可靠的優(yōu)異表現為空間站建設提供了技術(shù)支撐。

　　3.氫原子鐘提供高精度時(shí)間頻率

　　在夢(mèng)天實(shí)驗艙發(fā)射任務(wù)中，中國航天科工二院203所研發(fā)的空間主動(dòng)型氫原子鐘、頻率比對器首次進(jìn)入空間站執行實(shí)驗任務(wù)，為構建空間站高精度時(shí)間頻率基準發(fā)揮了重要作用。

　　在此次任務(wù)中，203所研制的空間主動(dòng)型氫原子鐘裝載于夢(mèng)天實(shí)驗艙高精度時(shí)頻柜中，是時(shí)頻柜系統中的核心載荷,具有優(yōu)秀的中短期頻率穩定度，在滿(mǎn)足小型化的前提下，其技術(shù)指標為國內最高。它為空間時(shí)間頻率系統提供基礎時(shí)間頻率信號，為小型化的主動(dòng)型氫鐘在衛星平臺上的應用打下堅實(shí)的基礎。

　　什么是原子鐘呢？它是世界上已知最精確的時(shí)間測量和頻率標準，也是國際時(shí)間和頻率轉換的基準。它利用原子核外電子的軌道發(fā)生變化時(shí)，會(huì )吸收或釋放恒定頻率的電磁波這一工作原理，提取這個(gè)振蕩頻率，轉化為日常所熟知的秒信號，作為衡量時(shí)間的“尺”。這把“尺”非同一般——原子的振蕩頻率非常快，如果和單擺比較，單擺幾秒鐘擺動(dòng)一下，而原子產(chǎn)生的電磁振蕩，一秒鐘就要擺動(dòng)10億次。

　　要知道，原子鐘的準確度，大大超過(guò)了機械手表、石英鐘，這個(gè)差距能有多大呢？平均來(lái)看，機械手表一個(gè)小時(shí)就會(huì )偏差一秒，石英鐘差不多需要270年會(huì )偏差1秒，而原子鐘偏差一秒則需要3000萬(wàn)年。如果給地球上最后一只霸王龍一臺原子鐘，那么到2022年的今天，這臺原子鐘僅僅只會(huì )出現2秒的偏差。

　　用如此精細的“尺”來(lái)衡量時(shí)間，測量精度能不高嗎？

　　在這一次的任務(wù)中，203所還研發(fā)了另外一臺核心設備——頻率比對器，它負責對時(shí)頻實(shí)驗柜系統內各原子鐘的性能進(jìn)行測試和評估，并為其他載荷傳遞超高精度的時(shí)間頻率信號。這一次，它的核心元器件可是首次采用國產(chǎn)元器件，通過(guò)機、電、熱的設計改進(jìn)，既可靠又安全。

　　夢(mèng)天實(shí)驗艙在軌運行后，203所研發(fā)的主動(dòng)型氫原子鐘和頻率比對器，將極大地提高我國太空實(shí)驗室在時(shí)間頻率方面的研究成效。

　　4.聲表面波濾波器濾除干擾信號

　　在夢(mèng)天實(shí)驗艙的旅程中，有一些像“綠豆”一樣大的元器件在通信系統、交會(huì )對接系統以及導航系統等方面發(fā)揮作用，它們的職責是保障試驗艙通信、導航等關(guān)鍵部位的順利運行，讓太空的聲音清晰傳回地球。

　　作為航天器各分系統的關(guān)鍵元器件，中國航天科工二院23所微電公司研制的多款聲表面波濾波器應用于夢(mèng)天實(shí)驗艙中的通信系統、交會(huì )對接系統以及導航系統等。

　　在太空中，電磁環(huán)境比較復雜，如果通信受到干擾，就像電話(huà)有雜音，聽(tīng)起來(lái)不舒服，還耽誤事兒。而聲表面波濾波器的作用是把宇宙中的雜波信號、諧波還有一些鏡像信息等“多余物”過(guò)濾掉，像“濾網(wǎng)”一樣，讓信號更加干凈，更加流暢。

　　夢(mèng)天實(shí)驗艙使用的聲表面波濾波器覆蓋了多個(gè)波段，器件靈敏度高、損耗小、體積小，有些就像“綠豆”那么大，但是它們?yōu)檎麢C性能提升優(yōu)化提供了強有力的支撐。

　　為了更好濾除無(wú)用的信號干擾，確保與地面中心的信號暢通，研發(fā)團隊對每一個(gè)濾波器精雕細琢——聲表面波濾波器的最細線(xiàn)條僅有0.3μm，相當于頭發(fā)絲直徑的1/200，操作需要在顯微鏡下進(jìn)行。每一個(gè)合格的高可靠性聲表面波淲波器，都要在高倍顯微鏡下“過(guò)關(guān)斬將”。其加工環(huán)境也要求很苛刻，在百級超凈車(chē)間中，每批產(chǎn)品至少經(jīng)歷3次超聲波或等離子清洗，充分保證元器件的可靠性。所有的聲表面波濾波器都通過(guò)宇航級的高可靠性能試驗，能充分適應發(fā)射階段的巨大加速度、環(huán)境應力迅速變化、劇烈振動(dòng)和沖擊，并能在外太空失重和強輻射等極端環(huán)境中，為相關(guān)任務(wù)保駕護航。