中國(guó)空間站建設(shè)拉開序幕，國(guó)產(chǎn)核心器件駛向“天宮”
2021-04-304月29日11時(shí)23分，長(zhǎng)征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空，成功將將載人航天工程空間站“天和”核心艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。我國(guó)在載人航天工程上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了載人飛船和航天員出艙前兩步，而“天和”核心艙的發(fā)射，意味著該工程的第三步已經(jīng)拉開序幕——空間站建設(shè)。
中國(guó)空間站建設(shè)的最終目標(biāo)是在低軌建設(shè)一個(gè)接近70噸的常駐大型空間站“天宮”，未來(lái)通過進(jìn)一步飛行任務(wù)的擴(kuò)展可至180噸量級(jí)。該空間站將提供大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)機(jī)會(huì)，解決較大規(guī)模、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問題。這項(xiàng)建設(shè)工程計(jì)劃在今明兩年執(zhí)行11次飛行任務(wù)，包括核心艙和實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射，以及神舟載人飛船與貨運(yùn)飛船的發(fā)射。此次發(fā)射的“天和號(hào)”就是空間站的核心艙。
那么空間站作為如今航天航空領(lǐng)域最復(fù)雜的技術(shù)，國(guó)產(chǎn)核心器件無(wú)疑面臨著巨大的挑戰(zhàn)，而核心艙作為空間站的大腦，自然也對(duì)航天芯片提出了更高的要求。然而在“天和”中，國(guó)產(chǎn)芯片的存在起到了不可忽視的作用。
此次任務(wù)中，北京微電子技術(shù)研究所（772所）為核心艙的環(huán)控生保系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等10多個(gè)分系統(tǒng)配套了處理器、FPGA、AD/DA、1553B總線、大容量SRAM存儲(chǔ)器、專用ASIC集成電路等32款7100余只集成電路，為空間站核心器件國(guó)產(chǎn)化提供全方位支撐。
在航天任務(wù)中，最重要的組件是星載計(jì)算機(jī)。772所的SPARCV8處理器BM3803已經(jīng)出現(xiàn)在國(guó)家多個(gè)重大航天工程中，此次也是作為“天和”星載計(jì)算機(jī)中最關(guān)鍵的SoC，確保了核心艙的穩(wěn)定控制。這款32位的RISC嵌入式處理器擁有優(yōu)秀的抗輻性能，負(fù)責(zé)艦上的載荷任務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)管理和熱控管理等分系統(tǒng)管理和控制。
鑒于空間站的載人發(fā)射任務(wù)尚未開始，初期的大量艙外建設(shè)任務(wù)自然需要交給機(jī)器來(lái)完成。在惡劣的艙外輻射環(huán)境下工作。核心艙配備有一對(duì)機(jī)械臂，一大一小，大機(jī)械臂可以抓取25噸重的物體，小機(jī)械臂可以配合大機(jī)械臂進(jìn)行操作。機(jī)械臂既要達(dá)到嚴(yán)苛的可靠性指標(biāo)，還要擁有精確的自動(dòng)識(shí)別和匹配能力。772所的通用智能刷新控制芯片BSV2CQRH解決了SRAM型FPGA在太空中遇到的單粒子效應(yīng)問題，保障了空間站中重要單機(jī)、系統(tǒng)的可靠工作。
為了保證艙內(nèi)通信以及未來(lái)艙間通信的穩(wěn)定性，確保核心艙星載計(jì)算機(jī)、中心控制器和機(jī)械臂等終端之間的交互和級(jí)聯(lián)，772所也專為這些設(shè)備提供了宇航級(jí)的1553B總線系列電路。此外，1553B總線同樣用于長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭，用于對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和信息綜合，保證信息傳輸?shù)臅惩o(wú)阻，為其提供了魯棒性好的“高速公路”。
輻射環(huán)境中的另一大挑戰(zhàn)則來(lái)自于存儲(chǔ)。在高即聯(lián)的輻射下，存儲(chǔ)一旦出現(xiàn)問題，很可能造成數(shù)據(jù)及代碼丟失和系統(tǒng)損壞的情況。772所的B65608EARH作為一款可承受100Krad的SRAM存儲(chǔ)器，在天和核心艙中主要用于中繼SSA-SMA終端設(shè)備，為空間站和地面通信中繼任務(wù)的完成起到了保障。
未來(lái)空間站與載人和貨運(yùn)飛船的對(duì)接需要的高精度的模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換，772所的14位AD和12位DA作為空間站慣導(dǎo)測(cè)量的核心器件，未來(lái)對(duì)接的姿態(tài)控制都由它們負(fù)責(zé)。AD/DA轉(zhuǎn)換器在運(yùn)載火箭的慣組中同樣充當(dāng)了關(guān)鍵的角色，通過核心控制器接收和發(fā)送高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào)，從而做到信號(hào)的實(shí)時(shí)精確轉(zhuǎn)換。
小結(jié)
目前在航天航空和軍工電子領(lǐng)域，主要使用的仍是ASIC和FPGA，從我國(guó)重大航天航空項(xiàng)目的屢次成功上看來(lái)，我們?cè)谶@一領(lǐng)域已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。此次長(zhǎng)征五號(hào)B遙二的成功升空，與2017年的長(zhǎng)征五號(hào)遙二的失利相比，也充分證實(shí)了我國(guó)在航天航天領(lǐng)域的長(zhǎng)足進(jìn)步。
此外，空間站建設(shè)已經(jīng)進(jìn)行了一系列內(nèi)部環(huán)境的試驗(yàn)工作，未來(lái)航天員不僅能在空間站體驗(yàn)到智能家居和Wi-Fi，還能享受優(yōu)質(zhì)的餐飲娛樂，核心艙的供電系統(tǒng)更是由光電轉(zhuǎn)換效率最高的三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)能電池組成。中國(guó)空間站預(yù)計(jì)在2022年前后建成，屆時(shí)更長(zhǎng)的航空任務(wù)和更頻繁的艙外活動(dòng)都將為核心器件帶來(lái)更高的挑戰(zhàn)。以目前的計(jì)劃來(lái)看，在探索宇宙未知的道路上，國(guó)家已經(jīng)在自主核心器件上實(shí)現(xiàn)了不菲的成績(jī)，我們不妨在未來(lái)的天舟二號(hào)和神州十二號(hào)飛船上期待更多的航天芯突破。
轉(zhuǎn)載于電子發(fā)燒友-來(lái)源：電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者：綜合報(bào)道
