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爱国情 奋斗者| 他带头研发的陀螺为卫星“增寿” 荣获“钱学森杰出贡献奖”

爱国情 奋斗者| 他带头研发的陀螺为卫星“增寿” 荣获“钱学森杰出贡献奖”

来源:华龙网-新重庆客户端2019-06-24
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华龙网-新重庆客户端6月6日22时50分讯(记者 伊永军)2019年4月,以“逐梦航天,合作共赢”为主题的“中国航天日”暨中国航天大会在湖南长沙落幕。全国有10名科学家荣获中国航天基金会“钱学森杰出贡献奖”,来自中电科技集团重庆声光电有限公司的首席专家方针就是其中一位。由方针牵头设计、研制的新型半球谐振陀螺技术,填补了我国卫星工程长寿命的星载惯性姿态测量系统的技术空白,不仅具有高精度、高可靠、抗辐照的特性,还使得卫星的使用寿命由原来的两三年延长到15年。

方针及其团队历时20余年,研制了新型半球谐振陀螺技术,可为卫星“延年益寿”。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

陀螺仪的使用寿命决定着卫星能用几年

说起陀螺仪,可能老百姓觉得是那种“高大上”的高科技,离普通人的生活比较遥远。其实不然,它离我们其实很近,手机的“摇一摇”功能就是用的陀螺仪,而它更是卫星、导弹、核潜艇等现代武器装备的核心部件。

据介绍,陀螺仪被称为卫星的“姿态敏感器”,主要负责感知卫星自身的姿态变化情况,再实时传输相应数据,确保卫星能够按照预定的轨迹飞行,并保持姿态的稳定。

由于其功能特点,世界航天航空强国都在开展并强化该领域的研究,其中美国、法国等最先开展,且对该项技术实施封锁;相比之下,我国对陀螺仪的研究起步较晚。

方针荣获中国航天基金会“钱学森杰出贡献奖”。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

“高精度、长寿命的陀螺仪一直以来是长寿命卫星工程发展的瓶颈。”方针说,一颗卫星飞上天,要发挥它的最大功效,当然是使用的年限越长越好。但是,以前的陀螺仪主要是机械陀螺仪,转动时间长了,会出现磨损,不仅会影响精度,而且会减少使用寿命。所以,以前为了延长卫星的使用寿命,常常会采用“间断式”的使用方式,比如,每隔一段时间,在地面发出指令,让陀螺仪暂时停止转动,“休息”一下,这样就会减少损耗。但是,“休息”的时候也就意味着卫星不能工作了。通常,一个卫星上的传统的陀螺仪如果连续运转,只能用两三年;如果“间歇式”运转,可以使用七八年。陀螺仪报废了,也就意味着这颗卫星报废了。

新型半球谐振陀螺取代机械陀螺 为卫星“延年益寿”

“这种新型半球谐振陀螺技术,使得它在运行中几乎没有磨损,大大延长了陀螺仪的使用寿命,从而也意味着给卫星‘延寿’了,使用年限从原来的两三年扩展到了15年。”方针说,与传统的机械陀螺仪相比,半球谐振陀螺仪有三个明显的优势,即“两高一长”:高精度、高可靠性、长寿命。

新型半球谐振陀螺仪用熔融石英玻璃加工制造而成,取代传统机械陀螺仪。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

方针说,传统机械陀螺仪所用的材料通常是金属,而新型半球谐振陀螺仪用熔融石英玻璃加工制造而成,整体真空密封,通过静电力产生驻波,使得各零件在运转过程中几乎不发生碰撞,也就几乎没有磨损,延长了使用寿命。同时,可以更准确地感知卫星姿态的微小变化情况。

据市科技局相关负责人介绍,这种新型半球谐振陀螺技术,填补了我国卫星工程长寿命的星载惯性姿态测量系统的技术空白。特别适用于长寿命卫星,尤其在性能要求更高的深空探测器上优势明显,同时可减少卫星中配置的陀螺数量,降低卫星姿态控制系统体积和重量及成本。

半球谐振陀螺现“雏形”因成熟度等与北斗一代擦肩而过

这一成就的取得,凝聚着方针率领下的这个老中青结合的团队20多年来的辛勤付出和汗水。

上世纪90年代,根据航天航空产业对陀螺仪的技术发展需求,时年30多岁的方针筹建了专业从事半球谐振陀螺研发的团队。当时,国内半球谐振陀螺还仅限于科技文献和技术报道中,研发基础和能力基本处于空白状态。

为实现半球陀螺技术零的突破,方针带领研发团队查阅大量资料,逐步完善基础理论和模型,联合国内惯性导航领域的高端平台和知名专家,通过与航天科技、航天科工等用户单位设计迭代,历经三年,国内第一个半球谐振陀螺仪初样完成了研制。

那时,北斗一代应用卫星正在调研和选型姿态传感子系统陀螺仪方案。方针及其团队计划在初样的基础之上对半球陀螺进行改进,以期满足本次“上天”任务提出的指标和航天质量标准,接受实践的检验。然而,由于时间节点、技术成熟度和可靠性原因,最终未能参与其中,导致向北斗一期卫星提供产品的愿景折戟沉沙,半球谐振陀螺失去了率先开展空间应用的机会。

搭上“实践九号”又牵手“高分五号” 半球谐振陀螺大展身手

“高额的投资和人才资源投入未能取得预期的效果,大伙当时都很沮丧。”方针回忆说,但是,大家都没有灰心,继续在研发的道路上克服重重困难,不断探索。

在惯性导航技术不断发展的大背景下,研发工作迎来了转机。方针说,半球谐振陀螺技术自“十一五”起迎来了快速发展。2007年,国防科工局正式确定半球谐振陀螺应用在“实践九号”卫星上,2012年,“实践九号”卫星发射升空,实现了半球谐振陀螺第一次“航天梦”。

在完成“实践九号”卫星搭载后,仅相隔一年,团队又接到了为“高分五号”卫星研发半球谐振陀螺的任务。面对此重大任务,方针带领团队不断研发、调试、变更,历经三年刻苦攻关,顺利交付。

2018年5月,我国在太原发射了“高分五号”卫星,它是世界首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星,填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。而这颗卫星上的核心部件用的就是方针及其团队研发的新型半球谐振陀螺仪。

“半球陀螺的潜力还没有完全被挖掘。”方针说,“我们要做的,是让半球陀螺应用在更多领域,进一步提高半球陀螺精度,让其优势更加明显。”

下一步,方针希望半球陀螺能够在大容量通讯卫星、深空探测、高精度立体测绘、载人航天等领域有所建树,希望它的运用载体能够更加广泛。

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爱国情 奋斗者| 他带头研发的陀螺为卫星“增寿” 荣获“钱学森杰出贡献奖”

2019-06-24 22:52:22 来源: 0 条评论

华龙网-新重庆客户端6月6日22时50分讯(记者 伊永军)2019年4月,以“逐梦航天,合作共赢”为主题的“中国航天日”暨中国航天大会在湖南长沙落幕。全国有10名科学家荣获中国航天基金会“钱学森杰出贡献奖”,来自中电科技集团重庆声光电有限公司的首席专家方针就是其中一位。由方针牵头设计、研制的新型半球谐振陀螺技术,填补了我国卫星工程长寿命的星载惯性姿态测量系统的技术空白,不仅具有高精度、高可靠、抗辐照的特性,还使得卫星的使用寿命由原来的两三年延长到15年。

方针及其团队历时20余年,研制了新型半球谐振陀螺技术,可为卫星“延年益寿”。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

陀螺仪的使用寿命决定着卫星能用几年

说起陀螺仪,可能老百姓觉得是那种“高大上”的高科技,离普通人的生活比较遥远。其实不然,它离我们其实很近,手机的“摇一摇”功能就是用的陀螺仪,而它更是卫星、导弹、核潜艇等现代武器装备的核心部件。

据介绍,陀螺仪被称为卫星的“姿态敏感器”,主要负责感知卫星自身的姿态变化情况,再实时传输相应数据,确保卫星能够按照预定的轨迹飞行,并保持姿态的稳定。

由于其功能特点,世界航天航空强国都在开展并强化该领域的研究,其中美国、法国等最先开展,且对该项技术实施封锁;相比之下,我国对陀螺仪的研究起步较晚。

方针荣获中国航天基金会“钱学森杰出贡献奖”。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

“高精度、长寿命的陀螺仪一直以来是长寿命卫星工程发展的瓶颈。”方针说,一颗卫星飞上天,要发挥它的最大功效,当然是使用的年限越长越好。但是,以前的陀螺仪主要是机械陀螺仪,转动时间长了,会出现磨损,不仅会影响精度,而且会减少使用寿命。所以,以前为了延长卫星的使用寿命,常常会采用“间断式”的使用方式,比如,每隔一段时间,在地面发出指令,让陀螺仪暂时停止转动,“休息”一下,这样就会减少损耗。但是,“休息”的时候也就意味着卫星不能工作了。通常,一个卫星上的传统的陀螺仪如果连续运转,只能用两三年;如果“间歇式”运转,可以使用七八年。陀螺仪报废了,也就意味着这颗卫星报废了。

新型半球谐振陀螺取代机械陀螺 为卫星“延年益寿”

“这种新型半球谐振陀螺技术,使得它在运行中几乎没有磨损,大大延长了陀螺仪的使用寿命,从而也意味着给卫星‘延寿’了,使用年限从原来的两三年扩展到了15年。”方针说,与传统的机械陀螺仪相比,半球谐振陀螺仪有三个明显的优势,即“两高一长”:高精度、高可靠性、长寿命。

新型半球谐振陀螺仪用熔融石英玻璃加工制造而成,取代传统机械陀螺仪。华龙网-新重庆客户端记者 伊永军 摄

方针说,传统机械陀螺仪所用的材料通常是金属,而新型半球谐振陀螺仪用熔融石英玻璃加工制造而成,整体真空密封,通过静电力产生驻波,使得各零件在运转过程中几乎不发生碰撞,也就几乎没有磨损,延长了使用寿命。同时,可以更准确地感知卫星姿态的微小变化情况。

据市科技局相关负责人介绍,这种新型半球谐振陀螺技术,填补了我国卫星工程长寿命的星载惯性姿态测量系统的技术空白。特别适用于长寿命卫星,尤其在性能要求更高的深空探测器上优势明显,同时可减少卫星中配置的陀螺数量,降低卫星姿态控制系统体积和重量及成本。

半球谐振陀螺现“雏形”因成熟度等与北斗一代擦肩而过

这一成就的取得,凝聚着方针率领下的这个老中青结合的团队20多年来的辛勤付出和汗水。

上世纪90年代,根据航天航空产业对陀螺仪的技术发展需求,时年30多岁的方针筹建了专业从事半球谐振陀螺研发的团队。当时,国内半球谐振陀螺还仅限于科技文献和技术报道中,研发基础和能力基本处于空白状态。

为实现半球陀螺技术零的突破,方针带领研发团队查阅大量资料,逐步完善基础理论和模型,联合国内惯性导航领域的高端平台和知名专家,通过与航天科技、航天科工等用户单位设计迭代,历经三年,国内第一个半球谐振陀螺仪初样完成了研制。

那时,北斗一代应用卫星正在调研和选型姿态传感子系统陀螺仪方案。方针及其团队计划在初样的基础之上对半球陀螺进行改进,以期满足本次“上天”任务提出的指标和航天质量标准,接受实践的检验。然而,由于时间节点、技术成熟度和可靠性原因,最终未能参与其中,导致向北斗一期卫星提供产品的愿景折戟沉沙,半球谐振陀螺失去了率先开展空间应用的机会。

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在惯性导航技术不断发展的大背景下,研发工作迎来了转机。方针说,半球谐振陀螺技术自“十一五”起迎来了快速发展。2007年,国防科工局正式确定半球谐振陀螺应用在“实践九号”卫星上,2012年,“实践九号”卫星发射升空,实现了半球谐振陀螺第一次“航天梦”。

在完成“实践九号”卫星搭载后,仅相隔一年,团队又接到了为“高分五号”卫星研发半球谐振陀螺的任务。面对此重大任务,方针带领团队不断研发、调试、变更,历经三年刻苦攻关,顺利交付。

2018年5月,我国在太原发射了“高分五号”卫星,它是世界首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星,填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白。而这颗卫星上的核心部件用的就是方针及其团队研发的新型半球谐振陀螺仪。

“半球陀螺的潜力还没有完全被挖掘。”方针说,“我们要做的,是让半球陀螺应用在更多领域,进一步提高半球陀螺精度,让其优势更加明显。”

下一步,方针希望半球陀螺能够在大容量通讯卫星、深空探测、高精度立体测绘、载人航天等领域有所建树,希望它的运用载体能够更加广泛。

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[责任编辑: 熊世华 ]
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