梦天实验舱发射成功！中国航天黑科技都依靠这些传感器！

     10月31日下午，梦天实验舱成功发射，这意味着属于中国人的第一个空间站将完成在轨建设！从2011年，我国发射天宫1号开始，历时11年时间，属于中国人的天宫空间站终于完成了在轨建设！进入新的篇章。

梦天实验舱成功发射意味着什么?

       意味着中国再一次在人类的最高科技领域打破了美国等西方国家的围堵封锁！早在2001年，中国就希望藉与欧洲空间局合作的机会，参与到国际空间站的建设中，并且多次表态希望参与国际空间站建设。但美国等国家屡次以技术保密、资金短缺等理由拒绝中国的申请。在2011年，美国总统奥巴马和美国国会通过沃尔夫条款，立法禁止美国国家航空航天局与中国的任何科学或技术交流。

▲中国空间站建设时间表（来源：微博vony7）

      因此，中国不得不全面自行试验研究并开发空间站系统，并在2011年9月发射试验性空间站——天宫一号。一次次的友好科研申请，一次次地被拒接，甚至被立法禁止。中国始终憋着一股气，没有西方国家的参与，中国人也能造出属于自己的宇宙空间站！如今，随着梦天实验舱的成功发射，交会对接完成在即，中国人第一个空间站——天宫空间站将完成在轨建设，这意味着中国人的第一个空间站完工了！中国人也造出了属于自己的宇宙空间站！

传感器在梦天实验舱等航天器中有多重要？

     传感器在航空航天中有多重要？我们先来看几个例子：

      2010 年，俄罗斯质子-M 火箭发射 3 颗 GLONASS-M 导航卫星，因燃料水平传感器超差导致加注燃料过量，使火箭“头部”重量超标，从而导致火箭飞行末期达到速度不够，未能正确入轨致使 3 颗导航卫星全部葬身于太平洋中。2018年10月11日一枚“联盟—FG”型运载火箭从哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射“联盟MS-10”飞船，负责对该火箭助推器与芯一级发出分离指令的一个传感器工作异常，导致一台助推器未能及时分离到安全距离，进而引发该助推器撞击火箭芯一级的燃料箱，致使燃料箱破裂，芯一级损坏，无法继续执行发射任务。

▲俄罗斯质子-M 火箭搭载 3 颗 GLONASS-M 导航卫星发射失败

      传感器作为航天器的“感官”和“神经”，遍布航天器的各个关键部位，是确保测得出、测得准、预测对、诊断灵，保障任务成功率的有效手段。例如，运载火箭中的控制系统、动力系统、推进剂利用系统、附加系统、遥测系统，载人飞行器中的故障检测与诊断系统、舱内环境控制与生命保障系统、逃逸救生系统、航天员舱外活动支持系统和再入式登陆系统等，都离不开传感器对航天器各关键部位工作状态的准确检测。

▲问天实验舱结构示意图 图源：火星学会

载人航天器舱内密闭空间由于在轨环境的特殊性，在轨舱内环境监测传感器对于航天员安全就至关重要。美国国际空间站就是依靠高灵敏传感器的火灾预警，多次成功避免了国际空间站火灾悲剧的发生。

一个航天器，需要多少个传感器？

       国内外各种航天飞行器系统，无一例外，都需要大量各种类型的传感器，包括压力传感器、温湿度传感器、气体传感器、激光传感器、距离传感器、位置传感器、金属接近开关、惯性传感器、陀螺仪......它们在超低温、强辐射、高真空、高速度等极其恶劣的环境下为航天员的生命安全以及航天器的运行正常提供重要保障。那么一个航天器需要多少个传感器呢?

       据相关数据显示，世界上最复杂的航天飞行器——航天飞机，使用的传感器数量超过了3500只。欧空局的 Ariane5 火箭上，在研制试验阶段使用传感器数量 435 只，通常一次飞行测量参数达 570 个，一次技术飞行测量参数达 1100个。我国航天任务中也大量使用各种类型的传感器，例如载人运载火箭中，单发使用传感器、变换器数量达到 600 余只，而新一代大型运载火箭单发使用传感器、变送器数量更是超过了 1600 只。

▲问天实验舱结构示意图

以发射梦天实验舱的长征五号B运载火箭为例——它有一个昵称叫“胖五”：

      中国“天空”空间站核心舱“天和”号，是空间站的管理和控制中心，负责空间站组合体的统一管理和控制，拥有核心传感器300多个，测量长达900多路信号，传感器全部为自主研发，感知、控制着整个空间站的各项数据。经过以北京遥测技术研究所为代表的国内科研院所长达 60 年的共同努力，国内航天传感器经历了由仿制到自制、由少品种到多品种、由结构型到复合型、由低准确度到高准确度的发展历程。如今，中国天宫空间站上从传感器到各种仪器仪表，都实现了100%的全国产化，而本次梦天舱中数十种百余只传感器，都是中国电科提供。

我国天宫空间站的黑科技，离不开国产传感器！

黑科技一：“万里穿针”快速交会对接技术

       空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一，是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件，复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高。为掌握该项技术，我国科研人员接续奋斗了近30年。

神舟十三号载人飞船与中国空间站天和核心舱，实现首次径向交会对接，主要功臣就是我国航天科工某所自主研制的微波雷达，微波雷达相继导引天舟二号、神舟十二号、神舟十三号飞船与天和核心舱完成交会对接。

▲在微波雷达引导下，首次载人飞船在太空实施径向交会对接

本次，梦天实验舱与天和核心舱的交会对接，将采取与问天实验舱相似的半自主快速交会对接方式，同样需要依靠自研国产微波雷达的引导，才能在茫茫太空之中，实现“万里穿针”。

黑科技二：全球首创可自由移动的空间站机械臂

在美国喜剧《太空部队》中，有一个名场面被网友津津乐道，就是一个中国的航天器用机械臂剪掉了美国卫星的太阳能板，让该卫星停机。

▲美剧《太空部队》场景

现在，实现“抓”卫星的机械臂，已经装在了中国的天宫空间站上，并且还可以自由移动！

       中国空间站机械臂，可用于飞行器的捕获、辅助航天员舱外活动、舱外货物搬运、舱体状态检查、载荷照料等重要任务，是空间站最具实用价值的工具，其核心是中国航天科技集团公司某所历时10年研发的3款传感器，打破了国外企业在该领域的技术垄断。其中，六维力传感器是三款传感器中结构最为复杂、研制难度最大的一款，能够同时测量三个方向上的力分量和转动时的力矩分量；一维力传感器主要负责机械臂末端执行器在实施目标抓取和拖动功能时，对拖动力进行监测；一维力矩传感器则用于感知机械臂关节转动时所承载的力矩，实现整臂的柔顺控制。

梦天实验舱与问天实验舱有什么区别？

      梦天实验舱主要用于开展空间科学与应用实验。问天实验舱主要用于执行生命科学实验，可以被看作“生物实验室”。而梦天实验舱则更像一个“物理实验室”。梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学等多学科方向的实验柜，包括：流体物理实验柜、两相系统实验柜、燃烧科学实验柜、高温材料实验柜、超冷原子实验柜、高精度时频实验柜主柜、高精度时频实验柜副柜以及在轨维修装调实验柜等实验柜。支持开展重力掩盖下的材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。在太空实验当然是看重天空特有的实验条件。在地表，重力环境下，生命体和物质受到重力作用，物质的某些本质规律可能被重力作用掩盖，因此在微重力或无重力环境下，或许会有一些意想不到的结果。这些研究成果将帮助我们在地面上的相关学科研究提升效率和质量。

▲梦天实验舱实验柜示意图 图源：中国载人航天

      同时，在天宫二号空间冷原子钟的基础上，梦天实验舱将建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，如果成功，这将成为太空中最精准的时间频率系统，数亿年误差小于1秒。并且还将开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究，推动时间频率的导航与大地测量等应用。此外，梦天舱外还安排了材料舱外暴露实验装置和元器件与组件舱外通用试验装置，用于开展舱外实验项目。

结语

     今天，中国人的第一个太空站——天宫空间站的最后一个核心舱梦天实验舱成功发射。同时，今天也是我国“两弹一星”元勋钱学森先生逝世13周年的日子。文中，我们可以看到，研发六维力传感器用了10余年，实现全自主空天对接技术用了30年，研发各种航天航空传感器我们不间断用了60年。长期以来，西方国家对我国高科技领域围追堵截，尤其是涉及国家重大型号工程所需的敏感芯片和传感器产品，国外一直采取严格的限制和禁运措施，尤其是近些年以来，形势更为严峻。中国科技的进步，是以钱学森等为代表的许多科学家默默付出10年、20年、30年……时间，一点一滴自力更生艰苦研究得来的，致敬！

(本文来源：传感器专家网）