铷钟物理部分 星载二次电源 贮箱气瓶 航天表面工程产品 510所四大“神器”助力北斗组网圆满收官

GPT-1407贮箱原子频标-星载铷钟热控薄膜产品氦气瓶新华社照片

6月23日，我国最后一颗北斗组网卫星在西昌卫星发射中心发射升空，标志着北斗导三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，将为全球用户提供更加精确、性能更优、功能更强的服务。

北斗导航系统布局20余载，无数的科研人员为之付出了常人难以想象得艰辛。在此项任务中，中国航天科技集团有限公司五院510所（以下简称510所）的科研人员做出了重要的贡献，他们为“北斗”提供了铷钟物理部分、星载二次电源、贮箱气瓶、航天表面工程产品四大“神器”，这些蕴含着510所人心血与智慧的产品，始终如一助力着北斗导航任务的圆满完成。

铷钟物理部分

——精雕细琢打造“中国精度”

510所北斗导航任务负责人翟浩研究员告诉记者，对于北斗导航卫星来说，铷原子钟是它的重要载荷之一，它具有体积小，重量轻，可靠性高的特点。时间是导航卫星定位精度的一个关键参量，如果铷原子钟能够提供的时间精度越高，那么导航卫星的定位精度也就越高。那么谁来提供最精准的时间呢？就需要铷原子钟物理部分，它是铷原子钟的心脏，其作用是为整个导航定位系统提供精准的时间。

北斗导航卫星上搭载的铷原子钟物理部分出自510所，从2004年接到任务开始，510所仅用了不到三年的时间就完成了铷原子钟物理部分的研制。2006年9月12日到25日，由西安分院抓总、510所承担物理部分的国产铷原子钟飞行试验成功，在轨工作稳定、正常。短短几年的时间内，510所铷原子钟物理部分研制团队在工程化研制中取得了重大突破。通过优化物理系统设计，获得了最佳的信噪比、零光频移点。在此基础上经过大量的试验摸索进行了相应调整，提出了抑制微波功率频移的技术措施，综合应用热设计技术改善了物理部分的温度系数。通过以上种种优化，科研人员大幅提高了铷原子钟物理部分的信噪比，使得铷原子钟的秒稳普遍进入3至5E-12，多数铷原子钟的数天稳定度进入E-14量级。

基于510所研制生产的铷原子钟物理部分在导航一期任务中的出色表现，研制团队总结成功经验，再接再厉，在后续任务中坚决做到“更高、更快、更强”。“更高”——铷原子钟的稳定度更高；“更快”——研制团队生产速度更快；“更强”——产品可靠性更强。研制团队从铷原子钟物理部分的原理入手，采用分离滤光技术和高信噪比微波腔技术，使铷原子钟的长期稳定度提高了10倍；通过优化铷原子钟物理部分铷泡的加工工艺和充制气压配比，使得铷钟物理部分配合整机的天稳定度指标均进入了E-15量级，确保了产品的一致性；通过梳理“技术流程”和“计划流程”，整合资源配置，固化产品基线和生产工艺，在保证产品质量的同时，提高产能。

从2004年至今，510所见证了北斗导航卫星铷原子钟物理部分的出生与成长，创造了属于中国的精度。

星载二次电源

——小身量蕴含大能量

“如果把卫星在太空中的‘活动’比喻成人类活动的话，那么推进系统相当于人的‘肌肉组织’，控制系统相当于人的‘大脑与神经组织’，而能源系统相当于人的‘心脏与血液循环组织’，为大脑和肢体提供能量。星载二次电源，就是为卫星提供能量的‘小心脏’。”翟浩说。

510所是国内宇航二次电源的主要承制单位，为我国的每颗卫星都按需配备了转换效率高、供电品质高的高可靠二次电源模块，目前已形成2大类、3种系列、300多种规格的二次电源产品，以及多种特殊电子设备所需的特种二次电源产品。“电子设备有什么样的口味，510所就有什么样的‘电能菜谱’。”翟浩说。该所星载二次电源产品按照卫星一次电源的不同、电子设备的不同，形成了以输入电压、输出电压、功率等为要素的型谱化“电能菜系”，让卫星电子设备“大快朵颐”，来完成在太空中的各项表演。在整个北斗导航任务中，510所共安装了900余块电源产品，它们将星上一次太阳能或电池的电能进行转换，并通过星上线缆网，输送到各种电子设备，形成其所需电压/电流的功率变换模块，是卫星能源系统中重要的组成部分，为20台星上设备持续提供能源保障。

从北斗导航二期到北斗导航三期，对星载二次电源的要求发生了较大变化，对高可靠、高效率、高功率密度的要求尤为突出。当时在国内，这属于前沿技术，无论在技术难度方面还是任务时限方面都存在很大困难。为了满足这些新要求，510所研制团队进行了模块化组合技术研究、高电压拓扑技术研究、特种恒流源技术研究等多个技术难点攻关并成功攻克和应用。这不仅表明该所的理论技术在国内航天供配电领域达到了领先水平，更为北斗导航任务的成功打下了坚实基础。

翟浩告诉记者，人类的每一次行动都需要一颗生机勃勃的心脏来支撑，星载二次电源就是那颗蕴含在卫星身体里身量虽小却朴实而谦虚的“心脏”，为卫星在轨精彩的表现默默地提供着大大的能量。510所也将继续牢记使命，不断为飞行器提供高品质的二次电源产品，打造强健有力的“中国心”。

贮箱气瓶

——燃料“供给站”

多年来，510所还持续为北斗任务动力系统配套了30余台“巨型”燃料贮箱和10余台高压气瓶，这两类关键单机产品是卫星姿、轨控推进系统的重要组成部分，主要用于贮存推进剂和增压气体，相当于卫星动力系统的“油箱”和“气源”，是整个卫星的动力保障生命线，也是其最重要的部分之一。

燃料贮箱不仅是一种简单的容器，内部还分布有极为复杂且精密的液体管理装置，性能要求苛刻、精度标准极高、制造工序极为复杂，称得上是名副其实的“高精尖”产品。高压气瓶是燃料贮箱的忠实搭档，内部承载的高压气体是推送燃料的动力气源。它们是整个卫星的动力保障，这两个伙伴在长达10多年的服役期内，将经历无数个“酷暑”和“寒冬”，源源不断地为卫星动力系统供给燃料，直至耗尽最后一滴能量。

为北斗任务研制的贮箱气瓶产品在当时属于国内容积最大的产品，有很多技术和工艺需要攻克。创新的事业绝不是固步自封的低头造车，510所工艺师团队用坚毅与执着勇闯科技创新之巅，在项目研制初期，通过对俄合作项目，成功掌握了复合材料高压气瓶研制技术和复合材料压力容器无损检测技术；凭借多年形成的技术积累，针对贮箱为大直径薄壁结构的特点，提出了真空吸附式薄壁钛合金壳体加工工装的方案和工艺优化策略。面对全新的技术探索，该所工艺师团队克服众多困难，提出了等张力封头的变厚度设计方法、薄壁钛内衬在塑性工作状态下的应力匹配方法，制定了航天器用复合材料压力容器的地面验证试验方案等；针对当时焊接资源不足、设备技术指标有限的生产瓶颈，制定了大型薄壁壳体的焊接流程，完成了焊接设备的改造；为提高产品可靠性，提出了贮箱与试件焊接的差异化研究方案，提高了电子束焊接的成功率……从无到有，每走一步都是艰难坎坷，对于这项巨大挑战的全新产品，从没有人抱怨、质疑和放弃，对创新的热爱与追求激励着研制团队不断寻找、摸索、认识、熟悉、掌握不同的全新领域，直到最终满足指标要求的产品被推进分系统所用。

航天表面工程产品

——给卫星穿上高科技“太空衣”

510所还承担着我国北斗研制任务中星用活动零部件和热控产品的研制生产工作，基于航天表面工程核心技术，解决了研制任务中空间润滑、热控、天线镀膜防护等技术领域的重大关键性问题，为北斗型号各卫星打造了三件高科技“太空衣”：

第一件是“防护衣”，510所研制的热控薄膜、原子氧防护薄膜为航天器提供了最外层的防护，确保空间飞行器在严酷的太空环境中安全运行。该所共为北斗导航系统提供OSR产品10余万片，包括导电型聚酰亚胺镀铝二次表面镜和聚酰亚胺镀锗膜等各类柔性热控薄膜3000多平方米。“我们这件特制的‘防护衣’对实现星体与空间环境的热交换、控制卫星的温度水平、保证卫星处于正常工作温度范围起到了重要作用。”翟浩告诉记者。

第二件是“润滑衣”，510所采用航天表面工程技术，为航天器活动件涂镀了一层防冷焊、低摩擦、耐磨损的薄膜。薄膜虽然薄，但却起到了“四两拨千斤”的作用，它不仅解决了活动件真空冷焊的难题，而且使整器和一些关键单机提高了5年以上的在轨寿命。510所为北斗任务研制了50套61805HVP4固体润滑轴承，保证了星上天线分系统电机在极端真空环境下的正常工作。此外，510所还突破了Υ射线辐射剂量优化控制PTFE表面能技术、耐磨寿命与温度、湿度的双应力加速模型建模、原位磷化技术，获得了非精密活动件粘结PTFE润滑涂层技术与硅酸钠粘结MoS2润滑涂层技术，为北斗系列导航卫星提供定型太阳翼活动件产品包括关节轴承、锁定勾、锁钩轴、弧形片等1500余件，在保证卫星活动件正常工作和整星长寿命方面发挥了重要作用。

第三件是“隐身衣”，510所针对北斗任务星用大型复合材料结构件的电磁波反射、空间防护及导电导热性能需求，开展了复合材料表面金属化技术研究，先后突破了内腔镀膜、易出气复合材料表面镀膜、复合材料表面金属薄膜低温沉积等关键技术，研制出的表面镀膜应用于多种卫星天线、空间CCD相机筒、多种空间机构和结构件。该技术不仅获得了中国优秀专利奖，而且为北斗导航系统提供了包括喇叭天线、抛物面天线等多种类型的天线镀膜产品，显著提升了星用大型复合材料结构件的电磁、电学及防护等性能。

图为510所提供

兰州日报社全媒体记者孙理

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