陕西省科学技术协会科普专栏 火箭飞船的“大脑”都是怎么分工的

　　自2016年起，每年4月24日为“中国航天日”。这是因为1970年的这一天，长征一号火箭将我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”送入太空，拉开了中华民族进军太空的序幕。

　　4月20日晚，随着天舟一号发射升空后顺利进入预定轨道，正式踏上寻访天宫二号之路；22日，天舟一号与天宫二号顺利完成自动交会对接。“快递小哥”的准时敲门送达，也为“中国航天日”送上了一份大礼。大家都知道，大脑是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。而箭载计算机就相当于火箭强健的“大脑”。它是怎么进行分工的，我们来一探究竟。

　　箭载计算机是火箭强健的“大脑”

　　在此次任务中，这个最强“大脑”就是由位于西安的航天九院七七一所武器与运载计算机设计事业部研制的，它能够有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨道计算、飞行轨迹误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务，指挥火箭正常飞行。我们来看看它是如何工作的。

　　指令级同步技术，实现“大脑”更加精准的控制。在传统三模冗余设计的基础上，长征七号实现了指令级同步技术，可以将“大脑”发出的指令之间的误差由原本的微秒级降低至纳秒级，实现“大脑”更加精准的控制。1553B总线监控技术，监控“大脑”的运行状态。该技术可以使控制系统在不修改飞行程序控制流程的情况下获得更多原始数据，及时有效地发现系统中存在的隐患问题，为系统的故障定位提供判定依据。高速数据交换技术，提高“大脑”的运行效率。

　　在以往箭机设计中大量使用专用集成电路芯片，因元器件的品种、数量较多，使得箭机的体积、重量、成本难以下降，可靠性、可维护性成本也较高。研制团队使用FPGA芯片，可将箭机上很多专用集成电路芯片的功能通过软件编程实现，这样就降低了元器件的数量，减少了箭机体积和重量，同时也节约了箭机成本，提高了系统可靠性。

　　货运飞船的“大脑”是数管分系统中央单元

　　如果说箭载计算机是整个火箭的“大脑”，那么由七七一所宇航计算机设计事业部研制的数管分系统中央单元就是整个天舟一号货运飞船的“大脑”。在货运飞船飞行、停靠期间，中央单元紧张地忙碌着，负责完成对整个飞船数管分系统设备的控制、管理，同时对挂在总线上的其他分系统设备间的命令和数据传送进行控制。只有中央单元正常运转，才能精确控制天舟一号飞船与天宫二号空间实验室交会对接、推进剂在轨补加，为开展空间科学实验和技术试验等工作提供可靠保障。

　　考虑到天舟一号在轨运行时间长，采用三机冷热备份体系架构，支持三机冗余容错和系统重构，具备故障工作和故障安全的能力。天舟一号数管分系统中央单元通过技术攻关，实现了关键元器件的国产化，主要包括国产V8处理器、抗辐照1553B总线控制器、771所100V抗辐照DC/DC电源模块，为今后我国航天器工程自主可控的国产化道路奠定了坚实基础。

　　地面计算机是火箭飞船的“体检专家”

　　在最终确定发射前，除了要对承担发射任务的长征七号进行彻底检查，也需要对箭上乘客天舟一号进行多次体检。天舟一号货运飞船上天之前以及入轨前飞行过程中的实时体检工作，均是由七七一所特种计算机设计事业部研制的——地面测试控制系统设备完成。

　　箭地通信计算机、PXI测试计算机、光纤惯组信号采集处理系统等地面单元测试计算机，均是地面测试控制系统设备。它们就如同医院派出的门诊专家，对货运飞船的各个关键部位进行“体检”，随时监测这个大家伙的身体健康状况，分析数据并反馈给系统。

　　箭地通信计算机能实时监测箭上计算机的运行状态，及时向箭上计算机装订测试程序文件、数据文件、诸元文件、飞行软件程序头等，并启动箭上软件运行。PXI测试计算机主要用来监控主控计算机的运行状态，接收主控计算机的测试命令，控制PXI测试设备完成电压、频率、时串的测量，并将测试结果进行处理、显示和存储。光纤惯组信号采集处理系统主要用来辨认货运飞船方向、控制货运飞船姿态，是计算角速度的重要工具。

　　从货运飞船发射前，一直到入轨前的飞行阶段，这些“体检专家”们都在实时检测天舟一号上设备的状态。在发射前确保货运飞船一切状态正常，避免上天后不可控，引起重大损失；在发射后进入轨道飞行前，时刻监视各设备运行状况，及时处理和接收信息，为货运飞船的正常运行继续保驾护航。

　　载人航天工程三步走 我们一步一个脚印

　　1992年9月21日，中央批准我国载人航天工程正式立项实施（代号921工程），并确定了“三步走”的发展战略。第一步载人飞船阶段。从神舟一号到神舟六号。通过神舟五号和神舟六号飞船的成功发射，实现了把航天员送上太空、多人多天飞行的目标任务。第二步空间实验室阶段。通过神舟七号飞船，顺利实施航天员空间出舱活动；神舟八号、神舟九号和神舟十号飞船分别与天宫一号目标飞行器进行无人交会对接、载人交会对接和应用性飞行试验，载人航天工程由空间实验室阶段转为实施空间站建设阶段。第三步空间站阶段。主要任务就是要在太空建立短期自主飞行、长期有人照料的大型空间站。解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

　　到今年已整整经历了25年。从1999年发射第一艘无人飞船，到杨利伟乘坐神舟五号载人飞船，作为中国飞天第一人遨游太空；从神舟飞船与天宫一号交付对接，到我国第一艘货运飞船发射实施太空燃料补加，中国载人航天工程“三步走”，承载中华民族飞天之梦，逐梦太空的征程越走越坚实，越来越美好。

　　陕西航天人为通向宇宙的天梯添砖加瓦

　　25年来，陕西航天人为架起一座座通向浩瀚宇宙的完美天梯贡献了自己的力量。航天科技集团六院为载人航天工程研制提供了所有动力。包括用于13枚长二F运载火箭、2枚长征七号新一代中型运载火箭、11艘神舟飞船、天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室和天舟一号货运飞船的大小发动机，共计近900台。

　　航天科技四院固体动力技术的火箭逃逸塔，也一路随行，一路保驾护航。从“神舟”一号到“神舟”十一号，四院承担了被誉为航天员“生命之塔”的火箭逃逸救生系统动力装置、“天宫”和“神舟”全套结构密封系统产品的研制生产任务，分别应用于飞船和火箭系统，全程为载人航天护航，特别是提供的逃逸系统发动机已经伴随着长征二号F火箭完成了多次完美飞行。

　　除提供“神舟”、“天宫”、“天舟”全套舱体密封系统外，四院42所还先后承担了神七“飞天号”舱外航天服橡胶件、“神九”航天员医监生化检测组件等技术和产品的研制生产任务，涉及到火箭、飞船、空间实验室和航天员四大系统。在“嫦娥三号”探月工程中，该所承担了“玉兔”月球车防尘密封圈的研制任务，确保月球车在严酷的月面环境下防止颗粒小、带静电的月尘进入月球车内部，保证了月球车的行走及转向等功能。目前，该所正在开展舱外航天服气密层、二氧化碳吸附装置等技术和产品研制，有望在未来为我国空间站建设与深空探测作出新的贡献。本报记者王嘉

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