高精度微小壓力傳感器在航天器艙門快速檢漏中的關(guān)鍵作用
北京時間2016年10月19日凌晨,神舟十一號飛船追上了天宮二號,和它緊緊連接在一起。早上,“天宮”的大門徐徐開啟,航天員景海鵬、陳冬像游魚般先后飄入。設(shè)置在天宮二號內(nèi)部的鏡頭記錄了這歷史性的瞬間。無論是“天宮”還是飛船,艙門技術(shù)含量絕不簡單。通過從中國航天科技集團了解到,航天員在太空飛行期間要經(jīng)歷多次穿艙活動,都需要打開和關(guān)閉艙門。艙門是否密封良好,對維持艙內(nèi)氣體具有決定性作用。同時,精準快速檢測艙門的密封性也至關(guān)重要。
從上世紀90年代開始,航天科技集團瞄準國家空間技術(shù)發(fā)展,開展了國家863課題“空間飛行器動靜密封材料”研究,研制出的密封材料符合歐空局及美國宇航局空間材料篩選標準,達到國外同類材料先進水平。天宮二號作為我國第一個真正意義上的空間實驗室,其系列密封件產(chǎn)品規(guī)格更多,安全性、穩(wěn)定性要求更高,除了要求密封性能安全可靠,還要求材料安全無毒,能經(jīng)受住-70℃到200℃高低溫交變、高真空、強紫外輻射、帶點粒子輻照和原子氧侵蝕等復(fù)雜環(huán)境的長期考驗,不產(chǎn)生降解、老化和龜裂。密封材料的規(guī)格多樣,形狀各異,大的直徑長達一米多,小的只有十幾毫米,要求艙體密封件可安全使用30年。
早期飛船采用整艙加壓,通過監(jiān)測艙壓的變化來檢測艙門的密封性。這種方法準確、可靠,但耗時較長,對于早期無人飛船任務(wù)來說影響不大,但在分秒必爭的航天員空間試驗任務(wù)中會浪費大量時間,迫切需要改進檢測手段。
在此背景下,我國成功研發(fā)艙門快速檢漏儀,實現(xiàn)了對艙門和對接面快速、準確檢漏,填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。目前,艙門快速檢漏儀已成為載人航天飛行器的“標配”設(shè)備。艙門關(guān)閉后,門體上的兩道密封圈與門框之間會形成一個“小艙”。這種微小壓力檢測裝置創(chuàng)新性地利用了艙門的特有結(jié)構(gòu),在工作時向小艙內(nèi)充入一定量的檢測氣體,通過監(jiān)測小艙內(nèi)壓力的變化來判斷艙門的密封情況。如果發(fā)生泄漏,它會立刻發(fā)出報警指示。航天員要對艙門進行處理,經(jīng)過再次檢漏合格后,才能進入艙內(nèi)。
利用壓力變化比較快速和明顯的特點,檢測裝置可以在幾分鐘內(nèi)快速給出測試結(jié)果。檢測裝置的核心部件內(nèi)部采用高精度微小壓力傳感器檢測,并輸出被檢小艙的壓力信號變化,利用電控單元中的高準確度脈沖頻率采集技術(shù),能夠?qū)怏w壓力采集精度控制在十幾帕,保證了快速檢漏結(jié)果的準確性。高精度微小壓力傳感器是整套檢測裝置的核心關(guān)鍵,據(jù)了解,這種高精度微小壓力傳感器具有自主知識產(chǎn)權(quán),從壓力敏感芯片到信號處理電路全部采用國產(chǎn),擺脫了核心部件依賴進口的困局。
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