科技日?qǐng)?bào)記者 頡滿(mǎn)斌

(相關(guān)資料圖)

7月24日，搭載問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空。

此次“問(wèn)天”任務(wù)，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院510所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)510所）再次聚力出發(fā)，研制的載荷適配器、音頻單元等產(chǎn)品進(jìn)一步彰顯510所齊心協(xié)力、拼搏創(chuàng)新的科研力量。

太空實(shí)驗(yàn)室的艙外“多孔端口”——載荷適配器

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙作為現(xiàn)在我國(guó)最先進(jìn)的太空實(shí)驗(yàn)艙，除了可以進(jìn)行空間生命科學(xué)的研究外，同時(shí)還具備材料艙外暴露裝置，為未來(lái)部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供零壓力和真空環(huán)境。

我國(guó)空間站建成后將開(kāi)展大量艙外暴露科學(xué)試驗(yàn)，是我國(guó)空間站達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的重要標(biāo)志。而“載荷適配器”作為空間站中小型艙外載荷的通用接口設(shè)備，為中小型標(biāo)準(zhǔn)艙外載荷提供通用化的“多孔端口”，包括機(jī)械、供電、信息和熱接口等，是“太空實(shí)驗(yàn)室”運(yùn)營(yíng)后艙外暴露科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，其艙外實(shí)驗(yàn)載荷的在軌無(wú)人安裝、長(zhǎng)期在軌支持、多輪次更換，都離不開(kāi)510所研制的“載荷適配器”的幫助。

“載荷適配器”的本質(zhì)是一種輕小型對(duì)接機(jī)構(gòu)，由主動(dòng)端和被動(dòng)端組成，安裝在空間站實(shí)驗(yàn)艙I外暴露平臺(tái)的22臺(tái)陣列化布置的“端口插座”由載荷適配器的被動(dòng)端實(shí)現(xiàn)，后續(xù)隨天舟貨船分批次多輪上行的各式標(biāo)準(zhǔn)艙外載荷攜帶“端口插頭”由載荷適配器的主動(dòng)端擔(dān)當(dāng)，并利用機(jī)械臂操作實(shí)現(xiàn)安裝和更替。另外根據(jù)是否具備為艙外載荷提供導(dǎo)熱通道，載荷適配器又分為I型(無(wú)導(dǎo)熱能力)和Ⅱ型(有導(dǎo)熱能力)兩種，Ⅱ型在具備I型輕小型對(duì)接機(jī)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上還配置了控溫液路及冷板，實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷的主動(dòng)熱控。

載荷適配器。

此次問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙相較于天和配備了一個(gè)精巧的小型機(jī)械臂，可以單獨(dú)發(fā)揮作用，也可與天和的大型機(jī)械臂配合完成航天員的出艙、艙外設(shè)施照料、巡檢等任務(wù)。

針對(duì)支持機(jī)械臂在軌操作的需求，510所通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的載荷適配器被動(dòng)端“分步被動(dòng)引導(dǎo)組件”可實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)端的引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)校正機(jī)械臂操作偏差的功能，引導(dǎo)過(guò)程也可通過(guò)主動(dòng)端同步捕獲、主動(dòng)校正、自潤(rùn)滑楔緊鎖和浮動(dòng)連接器來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖緊和資源連通被動(dòng)端的功能，從而實(shí)現(xiàn)載荷適配器的“輕小型對(duì)接機(jī)構(gòu)”功能。510所“載荷適配器”的研制過(guò)程共攻克同步捕獲、主動(dòng)位姿校正、剛性鎖緊等?14項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在四次大系統(tǒng)機(jī)械臂載荷操作試驗(yàn)中接口匹配良好：控制模式適用、容差配合合理、信息交互、操作力適配等方面都有優(yōu)異表現(xiàn)，能夠可靠校正機(jī)械臂位姿偏差，鎖緊連通后的供電、通訊、傳熱性能優(yōu)良，整體性能已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，是“太空實(shí)驗(yàn)室”里不可或缺的重要部分。

航天員的艙內(nèi)“太空家居”語(yǔ)音設(shè)備——音頻單元

中國(guó)空間站作為航天員在浩瀚宇宙中溫暖的“家”。因此問(wèn)天配置了一系列的“太空家居”設(shè)備，為航天員的工作和生活提供智能、便捷的服務(wù)。音頻單元作為終端音頻儀表設(shè)備，是510所為空間站新研的音頻設(shè)備。音頻單元可以支持多類(lèi)型、多通道音頻終端的輸入輸出，可以接收整個(gè)空間站的報(bào)警信息實(shí)現(xiàn)對(duì)航天員的語(yǔ)音報(bào)警提示，還能實(shí)現(xiàn)航天員與地面的天地電話(huà)，實(shí)現(xiàn)多艙狀態(tài)下各艙段航天員之間及地面測(cè)控中心的會(huì)議通話(huà)功能，為航天員在軌通話(huà)提供了多種模式。

音頻單元作為空間站中唯一的外放式音頻設(shè)備，在研制過(guò)程中面臨著較多的聲學(xué)設(shè)計(jì)難題。為適應(yīng)空間站任務(wù)的變化，空間站音頻單元軟件還可以進(jìn)行在軌升級(jí)。

510所“音頻單元”軟件研制團(tuán)隊(duì)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了軟件三級(jí)加載方案，該方案可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的空間硬件環(huán)境和通訊環(huán)境，確保在最?lèi)毫拥那闆r下，軟件不會(huì)“死機(jī)”。在空間站天地通訊網(wǎng)數(shù)據(jù)注入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)48小時(shí)不間斷測(cè)試，掌握了復(fù)雜天地?cái)?shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)上傳帶寬和時(shí)延容限等技術(shù)細(xì)節(jié)，制定了窄帶寬、長(zhǎng)時(shí)延、高誤碼率情況下的軟件在軌注入策略。

音頻單元。

此外，空間站音頻單元還具有免提通話(huà)功能，為了保證語(yǔ)音播報(bào)質(zhì)量及通話(huà)效果，研制組自主開(kāi)發(fā)了回聲抑制算法、自激抑制功能，并優(yōu)化了聲腔結(jié)構(gòu)，克服了設(shè)備空間有限、揚(yáng)聲器與麥克風(fēng)物理距離過(guò)近、可選材質(zhì)限制等難題，解決了聲學(xué)設(shè)備容易出現(xiàn)的回聲抑制、自激嘯叫等問(wèn)題。在語(yǔ)音可懂度實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)整艙噪聲環(huán)境分析，增加麥克風(fēng)的信噪比，從而提高語(yǔ)音的可懂度。之后航天員在問(wèn)天這個(gè)新教室中開(kāi)展“天地通話(huà)”和全新“太空授課”，音頻單元也會(huì)給航天員帶去全新的授課“音頻”體驗(yàn)。

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