510所为探月“小飞”照亮回家路
研制组人员在光学实验室对照明模块进行性能测试510所供图
“小飞 ”回家路新华社制图
11月1日6时42分，经过8天漫长而充满艰险的征程，“打水漂”从太空返回的中国探月工程三期再入返回飞行试验返回器“小飞”，在内蒙古四子王旗预定区域顺利着陆。在“小飞”为探月三期而验证的6项关键技术中，验证返回器防热技术和验证返回器可靠回收技术2项的成功都与兰州空间技术物理研究所（510所）有着密不可分的关系。510所为探月“小飞”戴上了防热“护身符”，照亮了它的回家路，并让它“喊得响”，落地后易于快速搜救。
﹃小飞﹄带着﹃护身符﹄
“小飞”主要由服务舱和返回舱组成。负责“小飞”返回舱单向泄压阀研制任务的主管设计师孙晋川告诉记者，“小飞”的返回舱全新研制，它肩负着试验再入返回的关键任务。大家都知道，“再入”就是“小飞”第一次进入大气层后弹起，再第二次进入大气层返回地球。返回器如果“跳”得过高会偏离落区，“跳”不起来则可能直接坠入大气中被烧毁。由于“小飞”“再入”时的热防护要求和结构质量限制，“小飞”很难按密封条件进行设计，需要设置单向泄压阀，这有两个好处：保证在发射段返回舱内外压差在合理范围内，确保在再入返回段返回舱能密封防热。
510所载人机电研究室接此任务后，迅速成立研制组。科研团队先后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，为任务的最终成功铺平了道路。所有科研人员主动放弃了节假日休息，而孙晋川更是以身作则，带领团队刻苦攻关，实验室中埋头苦干、午夜的大街上疲惫返家……
“小飞”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。可以相信，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。
照亮﹃小飞﹄回家路
“小飞”开启了我国第四次探月之旅，在再入返回过程中，“小飞”的服务舱与返回舱脱离，这一过程在地球阴影区进行。如果摄像机此时没有环境光，地面将无法实时观测分离进程，“小飞”服务舱中拍摄分离过程的照明设备是510所快速反应并争取到的研制任务。
设计方案确定后，距任务节点已非常紧迫，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先仔细梳理出亟待解决的关键技术，稳步推进。这一照明设备设计的难点集中于深空环境适应性上。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）会对产品的可靠性及寿命造成影响，510所研制团队围绕关键技术艰苦攻关。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，以致刚满周岁的孩子见到他出差回来总要愣半天才能确定到底是不是爸爸。
在夜以继日的努力付出后，这一科研团队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。
“小飞”服务舱照明设备的研制是我国深空探测飞行试验中，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，510所的照明设备将借助深空探测飞行试验、载人飞行试验等平台继续大放异彩。
让﹃小飞﹄﹃喊得响﹄﹃听得见﹄
“小飞”回家了，它能落地后快速被找到，离不开510所研制的重力开关。重力开关是“小飞”返回舱测控与通信子系统单机产品，承担了两大主要功能：在“小飞”返回过程中发射回收信标信号；在“小飞”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。
据510所科研人员介绍，要保证“小飞”落地后天线发射信号的强度，必须确保用于发射的天线相对水平面朝上。然而，“小飞”是个飞行“新手”，受命飞在一条没飞过的航线上，落地后姿态难以确定。它的身上搭载着成对天线，因为要保证有一副天线水平面朝上，才能便于信号发射和搜寻。但是，如果成对的两副天线同时发射信号，势必互相干扰，造成信号强度衰减。这就要靠重力开关“大显身手”了，它可以在“小飞”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，便于“小飞”落地后的快速搜救。
这是重力开关在探月任务中的首次应用！510所空间微重力测量技术研究室承担了这一研制任务。在两年的时间里，以主管设计师、电路设计师和结构设计师为主体，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，先后完成了重力开关工程样机、初样电性件、初样鉴定件。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，验证了重力开关切换逻辑完全正确。2013年底，重力开关正样件顺利交付。
与此同时，510所研制的国际救援示位标也在这次任务中发挥了重要作用。它曾成功应用于我国“神舟号”系列飞船，为我国载人航天工程做出了重要贡献。它的作用是在“小飞”落地后，发射国际通用的救援信号，帮助搜寻人员尽快确定“小飞”位置。“小飞”带的国际救援示位标，重量仅有过去同类产品的1/3，但它的环境适应能力和抗撞击能力更强。
为﹃小飞﹄配上﹃大脑﹄动力源
“小飞”身上，带着510所二次电源事业部研制出的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，涉及5种规格16块DC-DC模块。“小飞”身上的DC-DC模块继承了嫦娥一号、二号卫星的技术要求，针对任务特点做出了相应调整，按总体要求直接投产正样。在与时间赛跑的过程中，510所精心打造的高可靠星用电源模块不仅完全满足设计要求，还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。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17伏一直到32伏，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。
兰州晚报记者何燕/文
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