長征五號B運載火箭制造過程中使用RFID等技術提升效率、保證質量

5月5日18時，中國海南文昌航天發射場發出一聲長嘯，長征五號B運載火箭騰空而起，隨后將新一代載人飛船試驗船準確送入預定軌道，首飛取得圓滿成功。

從箭載計算機到慣性導航設備，再到遙測產品和傳感器、變換器，以及機電組件等，航天九院研制的航天電子產品以其強大、穩定、可靠的性能，助長征五號B運載火箭開啟問天新征程。

長征五號B遙一運載火箭騰空而起

透過下面的問題一起探究長五B首飛任務背后的九院力量

1.長五B的“大腦”強在哪里?

九院771所為長征五號B運載火箭研制了箭載計算機，其相當于火箭的“大腦”，能夠有條不紊地完成箭體參數錄取、飛行軌道計算、飛行軌跡衛星導航信息誤差修正以及控制指令輸出等多項復雜的控制任務，保證火箭準確入軌。

之所以說長征五號B運載火箭的“大腦”強健，是因為箭載計算機內部設計有三套總線控制電路，利用三中取二表決機制實現BC權在三套總線控制電路中的切換，即使在一度故障的情況下，箭載計算機仍可完成火箭的實時控制和信息綜合。

同時，在箭載計算機內部還設計了特有的“聽診器”，能夠自動“監聽”飛行控制軟件運行過程中的各類重要參數，并在不需要軟件參與的情況下將參數自動組幀下傳至地面測發控系統存儲。這套“聽診”裝置，我們稱之為總線監控技術。該技術可以使控制系統在不修改飛行程序控制流程的情況下獲得更多的運行過程原始數據，及時、有效地發現系統中存在的隱患問題，為系統的故障定位提供判定依據，守護火箭的首飛征程。

2.浩瀚宇宙中如何確保火箭精準入軌?

茫茫夜空、浩瀚宇宙，長征五號B運載火箭從點火起飛的那一刻開始，如何確保它精準進入預定軌道，就成了一個至關重要的問題。

九院13所研制的慣性導航設備和704所研制的衛星導航設備將發揮重要作用。

其中13所激光導航公司研制的激光陀螺捷聯慣性測量組合(以下簡稱激光慣組)是火箭控制系統的關鍵單機，具有小型化、高可靠、高精度、長壽命、測量范圍廣等特點，可實時感知火箭的飛行姿態、速度等信息，實現了激光慣組在新一代大推力運載火箭上的成功應用。13所時代光電公司為火箭配套3類重要單機，其中光纖慣組作為備份產品，主要用于火箭的導航與制導，具有測量精度高、可靠性高等優點;光纖速率陀螺和加表裝置主要用于火箭的姿態控制，具備測量速度快、瞬時精度高等優點，確保將載荷送入預定軌道。

在火箭點火升空進入預定軌道過程中，衛星導航設備也發揮著重要作用。704所承擔火箭控制系統、測量系統中衛星導航設備的研制任務，所涉及的產品精度及可靠性要求都很高。其中應用于控制系統的某型衛星導航接收機，主要完成高動態條件下導航衛星的跟蹤鎖定，與慣性測量構成組合導航系統用于制導控制，確保火箭入軌精度;為測量系統配套的某型衛星定位接收機主要用于火箭飛行中的實時定位報軌，是監測系統的“千里眼”。兩套產品確保在箭體旋轉及復雜姿態變化的條件下不間斷定位，極大地提高了定位可靠性和穩定性，為確保火箭高精度入軌發揮了重要作用。

3.太空航行，飛船為何不迷路?

大海航行靠舵手，太空遨游靠導航。長征五號B運載火箭首飛任務，成功將新一代載人飛船試驗船送入預定軌道。在飛船遨游太空的過程中，為確保飛船時刻找準方向，九院13所激光導航公司為飛船配套了典型空間用小型化高精度激光慣性測量組合，作為主IMU全程參與工作，在飛行過程中為控制系統提供高精度的測量信息，供其導航、制導和控制使用。該種產品于2014年已經成功用于探月工程再入返回飛行器上，作為主份IMU，在軌飛行8天，繞月飛行一周，以第二宇宙速度跳躍式再入方式返回地球，為返回器開傘超高精度提供了有力保證，產品性能達到了國內領先國際先進水平。

九院13所時代光電公司研制的光纖IMU產品應用于新一代載人飛船試驗船的GNC分系統中，負責敏感飛船在空間慣性坐標系下的轉動角速率和平移加速度，可為航天員手動控制飛船提供導航信息。該種產品已于2014年圓滿完成了月地高速再入返回飛行試驗器任務，并隨試驗器成功著陸返回。此次參加新一代多用途飛船的發射任務，是該種產品在時隔6年之后再次執行飛行任務，充分驗證了光纖IMU的可靠性，讓新一代載人飛船試驗船得以自由地遨游天際。

4.對長五B全程遙測跟蹤靠什么?

在觀看火箭發射直播過程中，我們經常能夠聽到“雷達跟蹤正常”“遙測信號正常”“飛行正常”等口令，這些口令的發出，離不開九院704所的先進遙測傳輸技術和產品。

在此次任務中，704所研制的我國首套箭載激光位移測量系統隨火箭升空并圓滿完成配套飛行任務。該系統具有測量精度高、速率高、量程范圍寬、體積小、重量輕等優點，并能實現位移和速率同時測量，適用于航天器高速率分離過程中高精度測量。該系統是704所探索新專業、拓展新方向、適應新常態過程中取得的重要成果，具備完全自主知識產權，奠定了704所在激光傳感領域的領先地位。

更為重要的是，704所的“遙測性能增強組合技術”作為長五系列運載火箭的關鍵創新技術之一，通過基礎技術創新，一舉突破了遙測高速數據傳輸瓶頸。遙測性能增強組合技術屬國內首創，多項技術指標達到了國際先進水平。該技術能夠在較小的建設成本下，大幅提升整個遙測系統的性能，將遙測系統的數據傳輸速率提升了數倍，為新一代大型運載火箭專項工程的實施節省了可觀的建設經費。

九院539廠也為火箭配套了火箭測量系統天饋產品，主要包括箭上一二級遙測天線、脈沖應答機天線、安全指令接收機天線、GPS接收天線、整流罩安全指令接收機天線及與天線相配套的不等分功分器和高頻電纜等43臺產品，對任務完成起到了重要保障作用。其中，遙測天線負責在火箭發射的各個階段發送箭上的遙測信號，把火箭的“健康狀況”實時傳送。脈沖應答機天線是所有箭上天線中技術難度較大的天線，可將脈沖應答機的外測信號通過脈沖應答機天線傳輸給地面，也可將接收的地面脈沖信號傳輸給脈沖應答機。將GPS接收天線均勻布局在箭體一周，可完成GPS信號的傳輸。安全指令接收機天線用于配合整流罩上安全指令接收機進行無線信號的接收，完成安控任務。各種高頻電纜配合功分器，有條不紊的傳輸信號，滿足連接在上面不同長度的電纜，傳輸相同強度的信號。

在研制階段，539廠使用仿真實測等手段驗證了多種天線方案，經過優化和試驗選取了最為合適的天線種類，并針對長征五號B運載火箭的存放環境、發射特點等多種因素進行了大幅度地適應性設計，使天線具備了更強的抗鹽霧、淋雨、防霉菌等功能。

此外，九院289廠負責設計研制長征五號系列運載火箭助推段的數據采編器，單發火箭配置了4個數據采編器，負責采集火箭飛行中的環境參數，將火箭助推器即時的飛行狀態反饋給地面指揮中心。

5.長五B的健康“體檢”怎么做?

火箭“體檢”合格，才能點火發射，在這方面九院研制生產的電子技術和產品也發揮著重要作用。

此次發射任務中，九院704所在長征五號B運載火箭上采用光纖傳感技術對箭上管路固定結構等進行了從安裝、調試、拆卸、復裝、運輸、飛行過程的多參量全周期規模化健康監測，可實時反映結構體應變場和溫度場變化，為箭上艙體結構和管路結構安全性和健康性提供判斷依據，也為箭上規模化全周期結構健康監測提供了示范。704所是我國第一家在航天飛行器飛行過程中應用光纖準分布式傳感技術的單位，提供的光纖傳感技術已為我國多型飛行器提供了健康監測服務。

在海南文昌發射場，704所還配置了火箭遙測地面接收系統，為火箭發射任務前靶場最后階段火箭自身和箭上測控設備的工況進行最后一次診斷測試提供可靠的信號接收、數據判讀依據。通過對遙測信號的判讀，檢測火箭各關鍵部位工作是否正常，是確保火箭能否如期發射的關鍵指標。遙測地面接收系統就像一位忠實的守護者，在型號研制階段的實驗室調試、桌面聯試、總裝廠房測試、靶場總檢查、任務發射等關鍵階段，默默承擔著其本份和關鍵工作，始終發揮著獨一無二的作用。

此外，九院771所研制的地面測試計算機在火箭發射前，能夠及時檢測箭上計算機設備的狀態，確認火箭發射前一切狀態正常;同時它相當于地面指揮中心與箭上設備之間的“信息中轉站”，先通過網絡接收地面主控計算機的控制命令，再用高速串口向箭上設備傳輸數據以及啟動箭上軟件運行,為箭上設備的正常運行起到了重要的保障作用。

6.火箭的感知力從何而來?

長征五號B運載火箭，堪稱中國運載火箭歷史上的“巨無霸”，這對時刻感知、監視和記錄箭上各個系統和部位各種參數的狀態提出了更高的要求。

作為傳感器、變換器(即兩器)產品的主力配套單位，九院704所為火箭配套兩器產品1000多臺，涉及火箭液位、壓力、流量、位移、溫度、熱流、振動、過載、噪聲等各類參數。這些兩器產品遍布全箭，能夠清晰感知箭上各個系統和部位各種參數的狀態，其測量結果被用于動力系統射前監測、發動機啟動條件判據、控制系統關機、飛行過程中箭上工作狀況評估等, 在任務中圓滿完成了對長征五號B運載火箭射前監測及飛行過程中控制和環境參數的測量任務。

同時，704所為火箭配套生產的箭上測量系統電纜網共計100余根，它們遍布全箭，就仿佛火箭的“神經系統”，是承載各類遙測參數并進行信號傳輸的有效載體。箭上測量系統電纜網使用了近五十種六百余只連接器、十余種四萬余米線纜。為保證火箭龐大的“神經系統”能夠在海南高溫、高濕、高鹽度的嚴酷環境下正常工作，704所在產品研制過程中，集中力量進行了一系列的技術攻關和驗證試驗。最終在保證電信號傳輸的同時，對電纜網中上千只連接器進行了防水防潮工藝處理，確保在海南靶場特殊環境下“中樞”與“終端”的可靠互連與互通，確保了產品的可靠性。

7.人手有限，提升效率、保證質量如何實現?

九院在型號科研生產過程中，大力推進兩化融合工作，不斷提升科研生產效率，提高產品質量。

在此次發射任務中，九院704所高度重視先進制造能力的提升，為提高火箭相關產品的生產效率及生產質量，704所從高度數字化和高度信息集成的業務流與信息流入手，應用AGV導引技術、機器人技術、自動倉儲技術、RFID與條形碼技術以及工業多媒體數據包采集技術、MES系統等新一代信息采集與管理技術，開展技術創新和流程優化，從人、機、料、法、環、管等角度全方位的提升運行效率。704所各專業生產車間充分發揚工匠精神，視產品為精品，出色地完成了配套產品的生產制造任務。據不完全統計，長五B遙一火箭產品電路板的自動化率接近90%，數據綜合器、遠置數據綜合單元的生產周期及生產響應時間縮短一倍，生產效率得到顯著提高。

在此次任務中，為長五B遙一火箭配套的數據綜合器、遠置采編單元等產品上的關鍵元器件采用BGA封裝形式，它的焊接質量對產品來說起到了舉足輕重的作用，更決定了產品的成敗。為了保證長五B遙一火箭相關產品的一次焊接成功率，704所經過不斷探索BGA封裝的焊接參數，通過設計植球工裝、控制錫膏厚度及焊接溫度，利用自動化設備及光學檢測設備，使長五B遙一火箭產品的BGA焊接成熟度達到了100%，極大的保證了產品的成功率。

704所利用高效的自動化生產、全面可追溯的精細化質量管理、精準快捷的自動化物資供應鏈為長五B遙一火箭型號任務的圓滿成功提供了強有力的保障。

8.航天微電子的自主創新體現在哪里?

此次宇航任務，從長征五號B運載火箭到新一代載人飛船試驗船，處處閃現著航天微電子自主創新的身影。

為確保長征五號B運載火箭穩定飛行、精確入軌，九院771所三冗余箭載飛行控制計算機自主開發多項關鍵技術：控制周期同步技術，同步三個單機協同工作，保證精確輸出控制指令，同步精度達到納秒級;總線三中取二切換技術，實現總線三冗余控制，確保箭上信息通路的安全可靠;總線“偵聽”和箭地高速串行通信技術，在實現箭地A/B通道雙冗余通信的同時，自動實現箭上信息流“監聽”和組幀下傳，并由地面測試計算機解幀接收，該技術為射前測試和發射決策提供主要數據支撐。

此次任務中，九院772所為火箭配套了FPGA、信息處理電路、AD/DA、總線等多款核心集成電路產品，用于導航、遙測、控制、伺服等多個系統。

772所自研的高性能FPGA助力慣性導航系統姿態控制，確保火箭精確進入預定軌道，飛行速度和軌跡可控。772所自研的總線用于對火箭進行實時控制和信息綜合，保證信息傳輸的暢通無阻，為其提供了魯棒性好的“高速公路”。此外，長五B還采用772所自研AD/DA轉換器采集火箭姿態的連續模擬信號，核心控制器接收和發送傳輸高質量的數字信號，進行實時精確轉換，是慣組中的核心器件，承擔模擬世界和數字信號轉換的“樞紐”。

772所為新一代載人飛船試驗船配套了CPU、存儲器、ASIC、FPGA等近二十款具備高效通信控制功能的核心元器件，其中最為核心的100MHz SPARC V8架構處理器和600萬門抗輻射FPGA產品在軌應用發揮了至關重要的作用。

9.飛船上時鐘和頻率基準信號如何做到整齊劃一?

在新一代載人飛船試驗船上，九院539廠為測控與通信分系統配套了頻率綜合器，頻率綜合器是飛船上的關鍵設備，主要是為飛船上的電子設備提供多種頻率、多種波形的高穩定度的時鐘及頻率基準信號。由于使用頻率綜合器信號的設備眾多，因此頻率綜合器是整船上標準信號的“心臟源”。如果產品發生故障，會影響船上眾多設備的正常工作。

10.飛船上如何實現安全用“火”?

火工控制裝置顧名思義是用來控制火工品的設備。九院539廠研制的火工控制裝置均屬“火工品管理器”系列產品，用于多型號航天器“火工品”的起爆控制及火工品起爆狀態監測，在神舟和天宮系列產品上分別承擔著航天器起飛至返回地球行程中多項火工品引爆任務。飛船發射上升階段、船箭分離、拋保護罩，在軌展開太陽翼、展開天線、返回階段的船艙分離等眾多環節，都需要控制火工品引爆、切割等動作來完成。

11.飛船在軌運行的各類動作如何控制?

九院539廠研制的控制驅動器是兩艙姿態與軌道控制功能分系統的核心部件，是推進分系統各閥門負載與其他分系統的橋梁紐帶。當它接收到控制系統的指令進行譯碼后，能準確驅動各負載閥門進行燃料推進，控制新飛船在軌運行的各類動作，使新飛船保持和控制在既定的運行軌道上，并使新飛船有一個正確的姿態。同時，控制驅動器通過總線將推進分系統各類信息傳送給綜合電子分系統進行遙測下傳，使地面測控站收到推進分系統反饋的各類有效信息。

12.點火時的信號控制如何實現?

觀看火箭發射直播時，大家一定對倒計時點火的畫面印象深刻。但是“5.4.3.2.1，點火”只是我們通過電視屏幕能夠看到、聽到的點火指令。真正將指令傳遞給火箭，讓火箭能夠“聽懂”點火指令，就離不開九院165廠自主研發的各類繼電器產品組合了。

165廠為火箭配套多種繼電器產品，其中有多年來一直保持各項功能穩定的電磁繼電器產品和固體繼電器產品，成功助力各項重點型號任務的發射。值得一提的是165廠為長征五號B運載火箭配套的直流固體繼電器具有集成化程度高、開關速度快，抗過載能力強，高可靠性等特點，是該公司2類固體繼電器中產量最大的產品，解決了多次DPA不合格、生產線停產的局面，解決了影響該產品的生產瓶頸問題，在我國航天多個重要火箭中成功應用，起到了信號控制的關鍵作用。另外，為了提高為其配套的電磁繼電器產品成熟度，技術人員采取專項攻關，經過幾輪的設計改進、驗證，先后解決了壽命余量小、電參數穩定性差、振動余量小等問題，同時裝配調試難度下降、生產穩定，投入產出比不斷提升，遠超歷年最高水平，為火箭的配套生產保駕護航。

13.寬溫圓形電連接器為何如此閃亮?

九院825廠為長征五號B運載火箭配套了10個系列，158個規格，1540多只/套產品。在眾多型號配套產品中，最亮眼的當屬Y22BH寬溫圓形電連接器。

該產品作為箭上關鍵的電氣、機械接口部件，通過法蘭安裝在貯箱前底、后底基座上，實現發動機上的燃料介質貯箱的密封連接，引出貯箱內推進劑液位、溫度傳感器測得的液面、溫度信號。

Y22BH寬溫圓形電連接器產品作為公司Y22系列家族中的新生代，繼承了公司之前研制生產Y22系列超低溫電連接器的耐超低溫等優良特性，充分借鑒并采用了成熟設計結構和工藝技術，能夠適應并覆蓋了“長五B”推進劑使用的各種工作介質。為增強產品耐高溫的特質，825廠通過工藝專項攻關，使用溫寬從之前的303℃擴展到530℃，完全滿足“長五B”發射的“寬溫”的特殊需要。改進后的產品插座低溫耐壓指標也提高1.4倍，有效滿足了“長五B”在飛行期間的密封可靠性。

14.發動機高溫炙烤下，靠什么保障電路導通和信號傳輸?

安裝在火箭一級、二級發動機上的電纜網產品，由九院693廠生產，主要連接發動機與火箭測量系統，將火箭發動機的溫度、轉速、壓力等信號反饋至控制中心，作為火箭監測的重要保障，是保障電路導通和信號傳輸的重要產品。

作為火箭發動機不可缺少的電纜網，既要適應海南高溫、高濕、多雨環境的影響，做到防水、防潮和絕緣，又要保證在火箭點火后，在發動機高溫運行狀態下，確保電路導通和數據信號傳輸的穩妥與可靠，這也是衡量發動機電纜網產品性能的一項重要指標。

15.發射前火箭如何“立正”站直?

如果把長征五號B運載火箭這個龐然大物做個擬人比喻的話，那么九院693廠研制的垂直度調整設備，就像這個“巨無霸”身體中的“眼睛”，垂直度調整設備由以前單一的“瞄準”，升級為火箭打造一雙犀利的“復眼”。多“準星”檢測，時刻感知火箭“一觸即發”前姿態的微小變化，并把測量信號準確傳輸到指揮控制中心，進行數據分析和調控，確保火箭發射前姿態最后的“監測”“調整”和“瞄準”。

同時，箭上設備采用全密封結構設計，具有良好的防水防潮抗電磁屏蔽性能，避免了受發射場測量系統環境的影響，出現信號抗干擾性能差，數據波動大等現象，保證了測量精度的可靠性。

16.點火發射控制哪家強?

九院200廠為長征五號B運載火箭配套箭上綜合控制器三臺，在發射中質量可靠、性能穩定，圓滿完成此次任務。同時，200廠為火箭控制系統的地面測發控設備配套了PLC控制組合、發控轉接組合等數十種控制設備，特別是指揮控制大廳〇號指揮員發射倒計時到零秒按下點火發射按鈕的發控轉接組合即為200廠負責生產。