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天舟一号:自主创新成就“中国奇迹”
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2017-07-12

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——我国拥有自主知识产权的首艘货运飞船与天宫二号空间实验室首次自动对接成功

太空加油、高压锂电、千兆光网、快速对接……这一系列吸引眼球的航天新技术,使我国拥有自主知识产权的首艘货运飞船天舟一号成为近日举世瞩目的“明星”。4月22日12时23分,天舟一号与在轨的天宫二号空间实验室成功实现首次自动交会对接,两大航天器以每秒近8千米的速度携手飞行,上演了一幕太空版的“冰上芭蕾”。

“这是我国自主创新创造的又一个中国奇迹,也向世界展现了‘中国创造’的新高度。”北京航空航天大学法学院教授孙国瑞向中国知识产权报记者表示,天舟一号所代表的我国航天技术水平,体现了国家的创新实力。

核心技术亮点频闪

两个飞行器在高速飞行中实现交会对接,要具备比“百步穿杨”更精准的功夫,这首先需要十分精确的测量和导航技术。“激光雷达就是天舟一号的‘眼睛’,为了看得更精确,我们自主创新并首次使用了目标精确识别等新技术,从而使我们激光雷达的工作能力比国外同类产品增大了两倍以上,实现了高精度测量跟踪。”该技术研发单位中国电子科技集团公司(下称中国电科)雷达技术总工程师屈恒阔介绍,新技术确保可以从多方位、大范围内发挥激光雷达的作用,迅速准确地测量距离、角度等飞行参数,确保飞船进行精准对接。

“导航定位激光信息源是光学成像敏感器的关键组件,无论是在太空中漆黑环境中,还是在面对太阳强光直射时的高亮度情况下,它都能为精确定位服务。”交会对接的另一项包含多件专利的导航定位激光信息源技术,同样是中国电科自主研发的。参与研发的中国电科高级工程师刘志强介绍,以往我国的航天器对接都是人工对接,要训练很长时间才能掌握。此次自动对接精度要求达到毫米级,对研发是一个挑战,经过2000多次的试验,自主研发的第三代导航定位激光信息源产品才用到了天舟一号货运飞船上,主要技术指标达到了国际先进水平。

所谓太空加油,就是为在轨运行的空间站补充推进燃料,至今只有俄罗斯尝试过。由此,中国成为世界上第二个应用该技术的国家。“先进的技术买不来,我们使用的这项技术,完全是自主研发的专利。”中国航天科技集团公司主任设计师邱华勇说,为天宫二号“加油”,主要是通过安装在对接机构上的推进剂补加液路浮动断接器来实现。油枪能否准确无误地插入加油口,决定于对接的精度。由于两个飞行器都在空中高速运行,为了避免细微误差,保证太空加油滴水不漏,我国自主研发的“浮动断接器”专利发挥了关键作用,这一专利也打破了国外的技术封锁,是首次在天舟一号上使用。

据介绍,13吨重的天舟一号与8吨多重的天宫二号的对接,验证了我国诸多自主创新技术的可靠性。我国计划2022年在太空建成驻人空间站,将会有从8吨到180吨的各种航天器以多种方式进行对接。此次天舟一号与天宫二号的自动对接成功,为未来的空间站对接、运行奠定了技术基础。

自主创新加快发展

从技术细节到技术综合能力,从零部件到飞船整体,我国首艘货运飞船天舟一号身上,不仅吸引着广泛关注的目光,而且也凝结着我国科研人员的智慧,更是一件汇聚自主知识产权的工匠精品。

电子控制系统犹如飞船的大脑和神经,而其中的两款核心芯片就像“神经网络”,随时发出无数个数据命令,连接飞船各个“器官”间的数据通信,控制飞船完成各种高难度的动作。“我们自主研发的新型芯片,拥有20余件中国发明专利,在天舟一号上经受了太空恶劣环境的考验。”该芯片研发单位中科芯集成电路股份有限公司(下称中科芯公司)的一位工程师介绍,抗辐射是此类芯片用于航天器需要解决的一大难题。由于太空的辐射环境十分恶劣,芯片如果不能抵御辐射,就会发出错误命令和数据,后果不堪设想。攻关期间,研发团队每周加班加点,历经两年时间,先后四次修改技术方案,终于获得成功。

新型芯片就像肌肉发达的“拳击手”,能承受来自各个方向、距离、强度的辐射打击而屹立不倒。

“我国自主研发的天舟一号货运飞船,载货比达到0.48,位居世界先进水平,天舟一号货仓运载能力有6吨多,不仅可以执行‘天地快递’任务,为空间站输送各类用品,也可以搭载进行科学实验。”中国航天科技集团公司有关负责人表示。

事实上,天舟一号的确搭载了多项科学实验项目。“此次,我们开展的人骨髓间充质干细胞研究项目已搭载天舟一号进入太空。”浙江大学生命科学学院王金福教授表示,该实验将探究太空微重力环境对干细胞分化影响的原因,在世界上尚属首次。在前期的研究中,王金福已经就相关研究方法提交了十余件中国专利申请,他率领的研发团队的研究处于该领域的世界前沿。

天舟一号是目前我国拥有的体积最大、自重最重、载重能力最多的航天器,推送其升空的长征七号遥二运载火箭,也是目前我国拥有自主知识产权最大推力的运载火箭。从2011年至2016年,长征系列运载火箭共完成86次发射任务,将100多个航天器成功送入预定轨道,发射成功率达到97.67%,位居世界先进水平。

近年来,中国航天事业持续快速发展,自主创新能力显著增强,已经跻身航天大国行列。“十三五”期间,我国将加强航天关键技术攻关和前沿技术研究,继续实施载人航天、月球探测、北斗卫星导航、新一代运载火箭等重大工程,努力建设航天强国。


“我国提出要全面建成航天强国,具备自主可控的创新发展能力、聚焦前沿的科学探索研究能力、强大持续的经济社会发展服务能力、有效可靠的国家安全保障能力、科学高效的现代治理能力、互利共赢的国际交流与合作能力,知识产权是重要的保障与支撑。”孙国瑞认为,只有不断提升航天产业的知识产权实力,才能建成先进的航天科技工业体系,为经济社会发展作出更多贡献。(知识产权报 记者 赵建国)

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