“太空建家”它們護航

10月31日，中國空間站基本構型的最後一塊大“拼圖”——夢天實驗艙從文昌航天發射場升空，中國人的太空“家園”，在軌建造完成。“太空建家”，眾多自主創新的先進器件和設備發揮了重要作用。

1.“鷹眼鏢師”為火箭護航

“鷹眼鏢師”,中國航天科工二院23所在文昌航天發射場有兩部固定式脈衝測量雷達，為夢天實驗艙保駕護航。自“太空快遞”沖天而起，這兩部雷達就像鷹眼一樣，火箭飛到哪兒，它們就“看”到哪兒，火箭飛得穩不穩，有沒有“跑偏”，全靠它們“報信兒”。

在火箭發射上升段，這兩部雷達為文昌航天發射場指控中心，即時提供火箭的距離、方位、俯仰等信息，從而讓指控中心掌握火箭上升段運行狀態，為安全控制系統提供重要信息——一旦火箭飛行出現偏移軌道的狀況，立刻就能被發現。同時，這兩部雷達也為其他設備提供引導信息，它們的高精度觀測會一直“盯”着火箭帶着夢天實驗艙，順利飛上大氣層。

文昌航天發射場位於熱帶，常年濕熱多雨，颱風影響頻繁，對雷達設備穩定性也提出新的要求。為了確保發射任務成功，該所對這兩部雷達的要求是“零故障”。作為該所部署在祖國最南端的固定式雷達產品，這兩部雷達開創了該所雷達設備在熱帶海島環境長期工作的先河。雷達設計時對產品環境適應性進行了充分考慮，儘可能簡化室外裝備，對室外機箱進行封閉式設計，選擇防腐蝕、防潮性能好的部件，最大程度提高裝備環境適應性，提高產品可靠性。

正因如此，這兩個“鷹眼鏢師”，經歷了多次考驗，次次不辱使命——2016年，它們保障“長征七號”和“長征五號”首飛，被西昌衞星發射中心評價為“在兩型火箭首飛期間，穩妥可靠，萬無一失，實現了關鍵時段零故障的目標”。從2016年到2022年，天問、嫦娥、天舟、天和、問天、夢天，這兩部雷達始終“零故障”，圓滿完成各項任務保障工作，一次次護航長征家族的“快遞員”平安奔赴太空。

2.微波雷達牽起“太空紅線”

夢天實驗艙與空間站組合體成功交會對接，中國航天科工二院25所自主研發的微波雷達再次牽起“太空紅線”，成功導引實現對接，九天之上再現中國精度！

微波雷達是空間站交會對接過程中的關鍵測量敏感器，承擔着中遠距離航天器間距離、速度、角度等相對運動參數的精確測量任務。遠距離捕獲、穩定跟蹤、精準導引、可靠通信全依賴這個“靠譜紅娘”引導。

微波雷達由雷達主機和應答機兩部分組成，分別安裝在交會對接的兩個航天器上，兩者就像是電話的兩端，通過微波實現相互“問答”，傳遞相互的位置、姿態信息，“牽引”航天器從相遇到相連，直至完成交會對接。此次任務中，安裝在夢天實驗艙上的微波雷達在兩個航天器相距約100公里處開機，迅速與安裝在天和核心艙上的應答機建立穩定鏈路，並持續輸出高精度測量數據，保證對接全過程穩定可靠。

這個“靠譜紅娘”，很不簡單，自它在“天宮一號”與“神舟八號”交會對接任務中首次亮相以來，20多年間，在載人航天任務中，先後經歷了11次交會對接，保持了屢戰屢勝的光榮記錄，用高精度的產品性能和高可靠的質量，完美助力載人航天任務順利開展，以穩定可靠的優異表現為空間站建設提供了技術支撐。

3.氫原子鐘提供高精度時間頻率

在夢天實驗艙發射任務中，中國航天科工二院203所研發的空間主動型氫原子鐘、頻率比對器首次進入空間站執行實驗任務，為構建空間站高精度時間頻率基準發揮了重要作用。

在此次任務中，203所研製的空間主動型氫原子鐘裝載於夢天實驗艙高精度時頻櫃中，是時頻櫃系統中的核心載荷,具有優秀的中短期頻率穩定度，在滿足小型化的前提下，其技術指標為國內最高。它為空間時間頻率系統提供基礎時間頻率信號，為小型化的主動型氫鍾在衞星平台上的應用打下堅實的基礎。

什麼是原子鐘呢？它是世界上已知最精確的時間測量和頻率標準，也是國際時間和頻率轉換的基準。它利用原子核外電子的軌道發生變化時，會吸收或釋放恆定頻率的電磁波這一工作原理，提取這個振盪頻率，轉化為日常所熟知的秒信號，作為衡量時間的“尺”。這把“尺”非同一般——原子的振盪頻率非常快，如果和單擺比較，單擺幾秒鐘擺動一下，而原子產生的電磁振盪，一秒鐘就要擺動10億次。

要知道，原子鐘的準確度，大大超過了機械手錶、石英鐘，這個差距能有多大呢？平均來看，機械手錶一個小時就會偏差一秒，石英鐘差不多需要270年會偏差1秒，而原子鐘偏差一秒則需要3000萬年。如果給地球上最後一隻霸王龍一台原子鐘，那麼到2022年的今天，這台原子鐘僅僅只會出現2秒的偏差。

用如此精細的“尺”來衡量時間，測量精度能不高嗎？

在這一次的任務中，203所還研發了另外一台核心設備——頻率比對器，它負責對時頻實驗櫃系統內各原子鐘的性能進行測試和評估，併為其他載荷傳遞超高精度的時間頻率信號。這一次，它的核心元器件可是首次採用國產元器件，通過機、電、熱的設計改進，既可靠又安全。

夢天實驗艙在軌運行後，203所研發的主動型氫原子鐘和頻率比對器，將極大地提高我國太空實驗室在時間頻率方面的研究成效。

4.聲表面波濾波器濾除干擾信號

在夢天實驗艙的旅程中，有一些像“綠豆”一樣大的元器件在通信系統、交會對接系統以及導航系統等方面發揮作用，它們的職責是保障試驗艙通信、導航等關鍵部位的順利運行，讓太空的聲音清晰傳回地球。

作為航天器各分系統的關鍵元器件，中國航天科工二院23所微電公司研製的多款聲表面波濾波器應用於夢天實驗艙中的通信系統、交會對接系統以及導航系統等。

在太空中，電磁環境比較複雜，如果通信受到干擾，就像電話有雜音，聽起來不舒服，還耽誤事兒。而聲表面波濾波器的作用是把宇宙中的雜波信號、諧波還有一些鏡像信息等“多餘物”過濾掉，像“濾網”一樣，讓信號更加乾淨，更加流暢。

夢天實驗艙使用的聲表面波濾波器覆蓋了多個波段，器件靈敏度高、損耗小、體積小，有些就像“綠豆”那麼大，但是它們為整機性能提升優化提供了強有力的支撐。

為了更好濾除無用的信號干擾，確保與地面中心的信號暢通，研發團隊對每一個濾波器精雕細琢——聲表面波濾波器的最細線條僅有0.3μm，相當於頭髮絲直徑的1/200，操作需要在顯微鏡下進行。每一個合格的高可靠性聲表面波淲波器，都要在高倍顯微鏡下“過關斬將”。其加工環境也要求很苛刻，在百級超淨車間中，每批產品至少經歷3次超聲波或等離子清洗，充分保證元器件的可靠性。所有的聲表面波濾波器都通過宇航級的高可靠性能試驗，能充分適應發射階段的巨大加速度、環境應力迅速變化、劇烈振動和衝擊，並能在外太空失重和強輻射等極端環境中，為相關任務保駕護航。

（本報記者 詹媛）