510所照亮嫦娥五号试验器回家之路

北京时间11月1日6时42分，再入返回飞行试验返回器在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆，中国探月工程三期再入返回飞行试验获得圆满成功。

首次再入返回飞行试验圆满成功，标志着中国已全面突破和掌握航天器以接近第二宇宙速度的高速再入返回关键技术，为确保嫦娥五号任务顺利实施和探月工程持续推进奠定了坚实基础。

科研人员正在收集返回舱落地数据

510所研制的服务舱照明设备 □记者孙理摄

    返回舱单向泄压阀为试验器保驾护航

    据了解，嫦娥五号试验星主要由服务舱和返回舱组成。此次的返回舱是新研产品，肩负着试验再入返回的关键任务，由于再入阶段热防护需求和返回器结构质量的限制，返回器很难按照密封条件进行设计，须在返回器中需要设置单向泄压阀，一来保证在发射段返回舱内外压差在合理范围内，二来确保在再入返回段确保返回舱能密封防热。因此这个艰巨的任务就交给了510所载人机电研究室，该科室的研究人员在接到任务后，迅速成立研制组，面对严格的技术指标和严苛进度的要求，沉着冷静应对，做出了扎实的设计工作，为圆满完成研制任务打下了坚实的基础。

    由于返回舱单向泄压阀在整个飞行任务中全程动态工作，研制难点多。比如，在发射时段不同的飞行时间点要能够精确控制返回舱压差在规定的数值内；在再入返回阶段，要能够有效密封，防止返回大气层时的串火现象伤害舱内仪器。研制团队针对难点，通过艰苦攻关一一攻克了阀门开口与泄压能力、弹性元件设计与泄压能力、流导气道与泄压能力、防强振动式紧密密封技术等综合交叉技术难点，为单向泄压阀任务的研制成功之路扫清了障碍。

    为了能够高质量的完成研制任务，研制组所有成员主动放弃节假日休息。项目主管设计师孙晋川在研制整个产品器件时，可以说是废寝忘食、夜以继日，实验室中经常有他埋头苦干的身影，工作到午夜才拖着疲惫的身躯回家更是家常便饭，研制组的所有成员在他的带动下每一个人都鼓足了干劲，对工作精益求精，终于完成了研制返回舱单向泄压阀这个艰巨的任务。

    嫦娥五号试验星返回舱单向泄压阀是我国首次运用单气道情况下纯弹性元件自主动态控制的泄压机构作为舱体压力控制装置进行飞行试验，为我国航天器舱体压控的研制积累了大量单向性泄压性能试验的原始数据和多种不同方向论证的宝贵设计经验，巩固了510所国内航天器压力控制研究第一流研究机构的地位。因此可以预见，来自510所的“护身符”会更多的出现在浩瀚星空，为更多的航天器保驾护航。

    星用电源模块保障实验星正常运转

    在嫦娥五号试验星中，510所二次电源事业部具体承担卫星服务平台供配电总体电路分系统、供配电分系统和数传分系统DC-DC模块（直流-直流模块）的研制工作，涉及5种规格16块DC-DC模块。本次研制的DC-DC模块在继承嫦娥一号、二号卫星技术要求的基础上，针对嫦娥五号试验星的任务特点，做出了相应的调整，而且总体要求直接投产正样产品，时间节点紧，要求高。研制团队紧抓关键技术和工艺，不仅使产品完全满足了设计要求，而且取得了多项技术进步。

    其中供配电分系统所用的D型DC-DC模块电源安装在一次母线的管理控制电路中，其输入母线为星上蓄电池，通过给母线调节控制电路供电，实现全调节母线的输出，从而为整星提供稳定的母线供电，是星上关键单机产品。为实现该任务，电源模块必须具备比较宽的自适应输入电压能力，经过努力攻关，最终实现了从17V一直到32V，均可按任务要求即时调节。与此同时，研制人员通过采用磁隔离反馈控制方式和Droop法均流变换技术，实现了主备份电源模块热备份均流输出，减小了单模块的供电应力，大大提高了冗余供电模块的可靠性。

    为供配电总体电路配套的E型DC-DC模块，是另一个重要的关键单机。它连接星上指令母线，整星所有遥控指令都需要通过它发出，是星上“大脑”的动力源。为确保指令清晰无误，该电源发指令时为持续几十毫秒的负载电流，指令停止时接近完全空载。这种工作模式要求电源模块具备出色的瞬态响应能力，研制人员通过采用电流型双环控制方式，大幅提升了环路稳定性，实现了任务要求。

    二次电源作为通用单机产品，研制任务往往是多型号交叉并行，加班加点就成为家常便饭。研制人员把确保国家重大科研任务放在首要位置，严把设计和工艺关，按时完成了研制任务，并且使每一件产品都成了经得起飞行检验的航天精品。

    重力开关保证返回器被快速搜救

    我国在飞船返回的落点上一直控制得很好，误差一般不超过几公里。但在嫦娥五号试验星上，还是带有510所研制的重力开关，在紧急情况下，可以告知飞船落地后返回舱在什么地方。

    重力开关属于嫦娥五号试验星返回舱测控与通信子系统单机产品。该产品承担着两大主要功能，一是在返回器返回过程中发射回收信标信号；二是在返回器落地后，发射回收信标信号和国际救援信号，用于返回后的快速搜救。

    要保证返回器落地后天线发射信号的强度，就要确保用于发射的天线相对水平面朝上。由于返回器落地后姿态不确定，所以仪器上搭载了成对天线，以确保有一副天线水平面朝上，便于信号发射和搜寻。但是，如果成对的两幅天线同时发射信号，两者互相干扰，势必造成信号强度的衰减。为解决此问题，重力开关就应运而生。它可以在返回器落地后自动接通相对水平面朝上的一副天线进行通信，保证了发射搜救信号的强度，为返回器落地后快速搜救提供保障。

    重力开关在探月任务中属于首次应用，其切换策略和敏感轴方向设计的正确性，是关系整个产品功能实现与否的关键，这些需要在地面研制过程中进行充分的试验验证。510所空间微重力测量技术研究室承担此项目后，组建了以主管设计师、电路设计师和结构设计为主体，包括产品保证师、工艺师以及试验人员参与配合的专业研制队伍。

    为确保产品功能和有效性，研制团队在敏感轴方向设计过程中，使用数学方法推导了返回器翻滚和倾斜情况下的天线及敏感轴指向角度计算公式；同时结合返回器三维模型，模拟落地翻滚及倾斜过程，实测天线及敏感轴指向，进行验证。电性件研制完成后，安装在返回器整器内，将整器从不同角度进行倾斜，模拟落地后的翻滚和倾斜状态，验证了重力开关切换的正确性。鉴定件研制完成后，重力开关鉴定件参与了返回器空投试验，返回器落地后实测收到的搜救信号满足任务要求，再次验证重力开关切换逻辑正确。

    历经两年艰苦攻关，510所空间微重力测量技术研究室的科研人员先后完成了工程样机、初样电性件、初样鉴定件以及正样产品的研制，2013年底正样件顺利交付。

    服务舱照明设备创国内多个第一

    510所相关负责人告诉记者，嫦娥五号试验星再入返回过程中，服务器与返回舱需要脱离，该过程在地球阴影区进行，此时摄像机由于没有环境光，地面无法实时观测分离进程，必须在地球阴影区为摄像机配置拍摄分离过程的照明设备。实验星总体单位在任务论证过程中发现该问题后，510所快速反应并积极配合论证，最终争取到服务舱照明设备研制任务。

    此时距离交付服务舱照明设备的时间已经非常短了，因此，只能跳过前序研制阶段直接开展鉴定件研制，技术风险和进度压力都非常大。为保证产品一次通过鉴定试验、不耽误正样产品的交付节点，510所载人机电室照明及驱动研制团队沉着应对，梳理出待解决的关键技术，同时扎实推进鉴定件与正样产品的研制进程，为圆满完成研制配套任务打下了坚实的基础。

    服务舱照明设备设计难点主要集中在照明设备的深空环境适应性上。为了降低深空空间特殊环境（包括大范围温度变化、紫外辐照、总剂量辐照等）对产品可靠性及寿命的影响，研制团队随即开展关键技术攻关，先后突破了深空探测用二次光学系统设计、舱外照明灯在轨热控设计、敏感器件抗力学环境设计等技术难点。其中金属材质CPC光学系统为国内首次应用于空间飞行任务，开创了该领域的先河，其冷处理工艺方法已申报国防专利。

    研制组成员为了高效高质的完成攻关任务，主动放弃节假日休息，加班加点。主管设计师杨军在产品外协测试试验期间，频繁出差，有时1个多月都不在家，家中刚满周岁的孩子见他出差回来，经常半天也认不出来自己的爸爸，要经过妈妈和其他人的提醒和引导才敢小心的尝试和面前这位有点陌生的人接触，而类似的情节在产品研制过程中还有很多。

    嫦娥五号飞行试验器服务舱照明设备的研制是我国深空探测飞行试验首次采用大功率固态照明系统作为光源支持，首次采用金属CPC光学系统进行飞行试验，为今后在轨长寿命、高可靠的固态照明设备研制积累了宝贵的经验，也将510所的照明设备研制水平提高到新的层次。