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天舟一號:自主創新成就“中國奇跡”(2017-04-26)

——我國擁有自主智慧財產權的首艘貨運飛船與天宮二號空間實驗室首次自動對接成功

  太空加油、高壓鋰電、千兆光網、快速對接……這一系列吸引眼球的航太新技術,使我國擁有自主智慧財產權的首艘貨運飛船天舟一號成為近日舉世矚目的“明星”。4月22日12時23分,天舟一號與在軌的天宮二號空間實驗室成功實現首次自動交會對接,兩大航天器以每秒近8千米的速度攜手飛行,上演了一幕太空版的“冰上芭蕾”。

  “這是我國自主創新創造的又一個中國奇跡,也向世界展現了‘中國創造’的新高度。”北京航空航太大學法學院教授孫國瑞向中國智慧財產權報記者表示,天舟一號所代表的我國航太技術水準,體現了國家的創新實力。

  核心技術亮點頻閃

  兩個飛行器在高速飛行中實現交會對接,要具備比“百步穿楊”更精准的功夫,這首先需要十分精確的測量和導航技術。“雷射雷達就是天舟一號的‘眼睛’,為了看得更精確,我們自主創新並首次使用了目標精確識別等新技術,從而使我們雷射雷達的工作能力比國外同類產品增大了兩倍以上,實現了高精度測量跟蹤。”該技術研發單位元中國電子科技集團公司(下稱中國電科)雷達技術總工程師屈恒闊介紹,新技術確保可以從多方位、大範圍內發揮雷射雷達的作用,迅速準確地測量距離、角度等飛行參數,確保飛船進行精准對接。

  “導航定位鐳射資訊源是光學成像敏感器的關鍵元件,無論是在太空中漆黑環境中,還是在面對太陽強光直射時的高亮度情況下,它都能為精確定位服務。”交會對接的另一項包含多件專利的導航定位鐳射資訊源技術,同樣是中國電科自主研發的。參與研發的中國電科高級工程師劉志強介紹,以往我國的航天器對接都是人工對接,要訓練很長時間才能掌握。此次自動對接精度要求達到毫米級,對研發是一個挑戰,經過2000多次的試驗,自主研發的第三代導航定位鐳射資訊源產品才用到了天舟一號貨運飛船上,主要技術指標達到了國際先進水準。

  所謂太空加油,就是為在軌運行的空間站補充推進燃料,至今只有俄羅斯嘗試過。由此,中國成為世界上第二個應用該技術的國家。“先進的技術買不來,我們使用的這項技術,完全是自主研發的專利。”中國航太科技集團公司主任設計師邱華勇說,為天宮二號“加油”,主要是通過安裝在對接機構上的推進劑補加液路浮動斷接器來實現。油槍能否準確無誤地插入加油口,決定於對接的精度。由於兩個飛行器都在空中高速運行,為了避免細微誤差,保證太空加油滴水不漏,我國自主研發的“浮動斷接器”專利發揮了關鍵作用,這一專利也打破了國外的技術封鎖,是首次在天舟一號上使用。

  據介紹,13噸重的天舟一號與8噸多重的天宮二號的對接,驗證了我國諸多自主創新技術的可靠性。我國計畫2022年在太空建成駐人空間站,將會有從8噸到180噸的各種航天器以多種方式進行對接。此次天舟一號與天宮二號的自動對接成功,為未來的空間站對接、運行奠定了技術基礎。

  自主創新加快發展

  從技術細節到技術綜合能力,從零部件到飛船整體,我國首艘貨運飛船天舟一號身上,不僅吸引著廣泛關注的目光,而且也凝結著我國科研人員的智慧,更是一件彙聚自主智慧財產權的工匠精品。

  電子控制系統猶如飛船的大腦和神經,而其中的兩款核心晶片就像“神經網路”,隨時發出無數個資料命令,連接飛船各個“器官”間的資料通信,控制飛船完成各種高難度的動作。“我們自主研發的新型晶片,擁有20余件中國發明專利,在天舟一號上經受了太空惡劣環境的考驗。”該晶片研發單位元中科芯積體電路股份有限公司(下稱中科芯公司)的一位工程師介紹,抗輻射是此類晶片用於航天器需要解決的一大難題。由於太空的輻射環境十分惡劣,晶片如果不能抵禦輻射,就會發出錯誤命令和資料,後果不堪設想。攻關期間,研發團隊每週加班加點,歷經兩年時間,先後四次修改技術方案,終於獲得成功。

  新型晶片就像肌肉發達的“拳擊手”,能承受來自各個方向、距離、強度的輻射打擊而屹立不倒。

  “我國自主研發的天舟一號貨運飛船,載貨比達到0.48,位居世界先進水準,天舟一號貨倉運載能力有6噸多,不僅可以執行‘天地快遞’任務,為空間站輸送各類用品,也可以搭載進行科學實驗。”中國航太科技集團公司有關負責人表示。

  事實上,天舟一號的確搭載了多項科學實驗專案。“此次,我們開展的人骨髓間充質幹細胞研究項目已搭載天舟一號進入太空。”浙江大學生命科學學院王金福教授表示,該實驗將探究太空微重力環境對幹細胞分化影響的原因,在世界上尚屬首次。在前期的研究中,王金福已經就相關研究方法提交了十餘件中國專利申請,他率領的研發團隊的研究處於該領域的世界前沿。

  天舟一號是目前我國擁有的體積最大、自重最重、載重能力最多的航天器,推送其升空的長征七號遙二運載火箭,也是目前我國擁有自主智慧財產權最大推力的運載火箭。從2011年至2016年,長征系列運載火箭共完成86次發射任務,將100多個航天器成功送入預定軌道,發射成功率達到97.67%,位居世界先進水準。

  近年來,中國航太事業持續快速發展,自主創新能力顯著增強,已經躋身航太大國行列。“十三五”期間,我國將加強航太關鍵技術攻關和前沿技術研究,繼續實施載人航太、月球探測、北斗衛星導航、新一代運載火箭等重大工程,努力建設航太強國。

  “我國提出要全面建成航太強國,具備自主可控的創新發展能力、聚焦前沿的科學探索研究能力、強大持續的經濟社會發展服務能力、有效可靠的國家安全保障能力、科學高效的現代治理能力、互利共贏的國際交流與合作能力,智慧財產權是重要的保障與支撐。”孫國瑞認為,只有不斷提升航太產業的智慧財產權實力,才能建成先進的航太科技工業體系,為經濟社會發展作出更多貢獻。(智慧財產權報 記者 趙建國)