嫦娥四號成功背後故事(一):自主可控晶體元器件,關鍵!

引言

1月11日16時47分,嫦娥四號著陸器與玉兔二號巡視器順利完成互拍,標誌著嫦娥四號

工程階段任務圓滿成功,接下來就是長期的科學研究階段任務了。嫦娥四號的成功離不開廣大航天人的努力,航天企業、中科院、高校、社會企業等眾多單位紛紛參與了嫦娥四號任務的研製和配套工程和服務中,雖然成功消息放出後,各家單位大部分都官方公佈了其參與了的內容,但是關注度和其貢獻遠遠不匹配,因此決定連續刊文講一講這背後的製造故事,貢獻一份微小的宣傳力量。

第一期講的是航天科工203所,為嫦娥四號號配套研製了各種自主可控晶體元器件,保證了工程的發射、測控、在軌飛行、著陸等提供了穩定、可靠的頻率信號。作為嫦娥四號中電子設備的心臟,穩住了嫦娥飛行的脈搏,助力嫦娥精準奔月和落月,保障了她能及時準確和地球“報平安”。

嫦娥四號成功背後故事(一):自主可控晶體元器件,關鍵!

嫦娥四號成功背後故事(一):自主可控晶體元器件,關鍵!

頻率信號如同人體的脈搏,脈搏的穩定是她穩定正常工作的前提。嫦娥四號共使用了9個型號的晶體元器件,包括晶體振盪器、晶體濾波器等產品,這些產品各個“身經百戰”,同時也“身懷絕技”。比如高性能時鐘晶體振盪器,是已經大量應用到我國探月工程的“功勳”產品。嫦娥四號中它再次成為多面手,從充當“千里眼”和“順風耳”的通訊設備,從控制嫦娥精準著陸的控制系統,再到拍攝“廣寒宮”的光學電子設備,處處都有它忙碌的身影。溫補晶體振盪器,是頻率控制的“大咖”,它可以輸出非常精準穩定的頻率信號,在嫦娥四號任務中,經過進一步設計和工藝攻關後,性能指標和可靠性進一步提高,頻率穩定度優化了30%,溫度工作範圍提高了近一倍,並具有良好的環境適應性,相信玉兔二號相比它的大哥玉兔號更能勝任長時間穩定工作。

航天科工203所

看到“頻率”字眼,熟悉物理的人知道這和“時間”有關,研究時間、頻率的就是計量的範疇了,而203所對外的名稱就是

北京無線電計量測試研究所,始建於1957年12月5日,現屬於中國航天科工二院,是以無線電、時間頻率計量技術研究、電磁兼容檢測,宇航級晶體元器件、原子鐘時頻產品研製為代表的專業計量測試研究所。是國家重大專項時頻體系建設的主要單位,是國內唯一具有從晶體元器件、頻率源、原子頻標到時頻測量的技術配套、體系完整的頻率控制技術研究所,是國內唯一同時開展氫、銣、銫三種原子鐘研製單位。原子鐘可是導航衛星的最重要的設備,一般導航衛星會搭載多臺多類原子鐘以保證互為備份和提高精度,國內研究原子鐘的單位還有比如中科院武漢物理與數學研究所的銣原子鐘,中科院上海光機所的空間冷原子鐘,中科院上海天文臺的氫原子鐘,中國電科成都天奧電子股份有限公司的激光抽運小型銫原子鐘、中國計量科學研究院的NIM5銫原子噴泉鍾等等。

技術進展

研究所嘛,當然是研究科學技術為主的,以下是時間線航天小編整理了近年來公開報道的203所取得的一些重要進展和突破。

  • 2014年1月24日,203所研製的北斗二代衛星時間頻率基準系統日前順利交付,標誌其時間頻率配套能力上了新的臺階。 時間頻率基準系統對於北斗二代導航意義重大,可為其測試中心提供統一的時間基準和頻率基準。203所憑藉自研產品建成了包含9種37臺設備的時間頻率系統,因技術指標優良、使用界面友好和優質服務而得到用戶高度評價。
  • 2014年3月16日,203所承擔的北京市科委科技計劃課題“毫米波主動式三維掃描人體安檢系統”近日順利通過驗收評審。該產品在三維全息成像分辨力、掃描成像處理時間、危險可疑物品檢測能力均達到世界先進水平,填補了我國在毫米波主動式三維人體安檢設備領域的空白,解決了近場毫米波高精度三維信息成像技術這一世界性難題。同時採用了獨特的危險可疑物品自動識別技術,有效保護了人體隱私。經過國家權威部門檢測設備輻射功率
    遠低於人體輻射安全標準要求。該產品主要用於機場、高速鐵路、地鐵、大型場館、政府要害部門出入人員的快速安檢。
  • 2014年4月8日,203所“50MHz~50GHz小功率校準技術研究”等3項計量科研項目聯合獲得2013年度國防科技進步一等獎。項目突破了高精度、高穩定性同軸N型熱敏電阻座的設計及製作難題,實現了功率傳遞標準知識產權的完全自主化。該項目的成果及相關技術,已廣泛應用於國防軍工的功率量值傳遞中,研製的小功率傳遞標準在技術上打破了美國對我國傳遞標準市場長期的壟斷局面,已為多家單位組建了用於日常量傳工作的功率標準。同時,該項目的相關技術及研製經驗為後續建立具有國防特色的微波毫米波功率標準體系奠定了堅實基礎,為確保國防軍工領域功率參數量值溯源的準確一致提供了技術積累。
  • 2014年5月6日,203所近期成功研製“調制解調器時延測量系統”和國內首臺高精度時間比對調制解調器。時延測量系統為北斗二代精準定位提供技術保障。該系統實現了多種形式的調制解調器時延的校準,解決了傳統方法中硬件引入的附加時延無法測量的難題,實現比較基帶信號的延時,總體性能指標達到國際同類裝置的先進水平。該技術將廣泛應用於衛星通信,導航等領域,滿足國內對調制解調器時延參數的計量測試校準的需求,具有巨大的社會效益與潛在的經濟效益;高精度時間比對調制解調器(BIRMM MODEM)最終實測技術指標,達到甚至部分超過國外先進設備水平。據悉在完全相同的衛星鏈路測試環境下,該設備時間比對測量結果的標準差,與德國處於同一水平。
  • 2014月12月29日,203所“高速數字示波器校準裝置”和“太赫茲電脈衝產生與測量技術預先研究”兩個項目順利通過國防科技成果鑑定。“高速數字示波器校準裝置”項目,在國內首次開展了利用飛秒激光技術基於光纖型超快光電探測器的示波器上升時間校準研究,建立了示波器檢定的國防最高標準;“太赫茲電脈衝產生與測量技術預先研究”項目,在國內首次研建了基於飛秒激光技術的太赫茲脈衝電光取樣波形測量系統,實現了半幅度脈衝寬度小於8ps、上升時間小於6ps 的太赫茲脈衝的產生和測量,獲得2015年度國防科技進步一等獎。
  • 2015年3月20日,203所研製成功“新一代虹膜生物識別身份認證系統”,系統的整體性能達到國際先進水平。該項目是中國航天科工集團公司重大自主創新項目,項目突破了虹膜圖像快速採集、遠距離識別和小型化集成等關鍵技術,在1秒鐘內快速完成虹膜識別。與現有的虹膜識別系統相比,識別距離更遠,能在1米以外的距離快速識別虹膜;識別過程中抗強光照干擾,不受佩戴眼鏡的影響;具有防抖動功能,對用戶的適應性更強;具有活體虹膜檢測功能,能有效防止死體虹膜或虹膜照片的欺騙。
  • 2015年4月11日,203所成功研製了耐高溫二氧化硅電纜組件,該電纜組件能夠承受1000℃高溫,產品性能達到了國內領先水平。
  • 2015年7月25日,在西昌發射中心一箭雙星成功發射兩顆北斗導航衛星。在此次的飛行任務中,203所研發的兩臺新一代高精度銣原子鐘也一起跟隨北斗衛星成功上天,關鍵技術指標已達國際一流水平。
  • 2015年9月30日7點13分,203所研製的星載氫原子鐘跟隨第四顆新一代北斗導航衛星在西昌衛星發射中心成功發射。本次發射的北斗導航衛星首次搭載氫原子鐘,衛星入軌後,將開展星載氫原子鐘、星間鏈路、新型導航信號體制等試驗驗證工作,並適時入網提供服務。星載氫原子鐘在北斗導航系統的應用將大幅提高導航精度、性能和自主維持能力,大幅降低北斗導航系統對地面的依賴程度,延長自主導航時間,是中國北斗導航衛星發展史上的一個里程碑。
  • 2015年12月31日,203所自主研發的高性能小型銣原子鐘通過指標考核測試,完成產品化研製,技術指標取得新突破。該項目的後續,
    超薄銣原子鐘核心技術自主可控,本體尺寸壓縮到76mm×76mm×17mm,是世界上厚度最薄的高可靠銣原子鐘,可在強振動條件下保持可靠鎖定,技術指標達到國際頂尖水平,2018年目前已經完成研製並已實現量產。
嫦娥四號成功背後故事(一):自主可控晶體元器件,關鍵!

小型銣原子鐘體積與銀行卡對比

  • 2016年11月26日,203所智慧管網技術研究與發展中心參與的全國首個住建部
    地下管線綜合管理試點項目在山東省德州市順利通過住建部的驗收,此次德州試點項目,在圓滿完成工作的基礎之上,形成了“可複製、可推廣”的地下管線綜合管理體系,對引領全國地下管線綜合管理水平的提升具有良好的示範效應,為構築城市堅強的“生命線”提供了堅實的基礎和技術保證,也開啟了203所投入智慧城市建設應用的正式步伐。
  • 2017年6月16日,近期203所在2mm頻段在片S參數校準技術研究中取得突破,達到國內領先水平。提升在片S參數校準能力對於提高我國毫米波器件設計製造水平有著重要的意義,該技術將在車載雷達、跑道異物檢測、風雲三號氣象探測有所應用,具有一定經濟效益和社會效益。
  • 2017年8月17日,近期,203所成功研製了工作頻率200MHz~40GHz的同心錐TEM室,經測試,其電壓駐波比和場均勻性等關鍵參數均滿足設計指標,達到國際先進水平,此項寬帶場強校準技術的突破,對於提高場強校準效率和降低測試成本意義重大。
  • 2017年11月8日前北斗導航衛星發射成功,北斗三號全球定位系統的建設已在全面啟動,衛星進入密集發射組網階段,系統將在2020年左右向全球提供服務。203所作為衛星核心設備供應單位,此次為北斗三號衛星提供了
    高精度銣鍾,助力北斗導航衛星定位精度進一步提升。
  • 2018年5月23日,日前203所研製成功了我國首套絕對相位噪聲標準,在國際上,首次提出採用有色噪聲源,解決相位噪聲近載頻溯源問題,已獲國家發明專利授權。該標準通過與國外權威機構進行比對驗證,驗證不確定度將目前國內的測量水平提升了三倍以上,為高性能雷達的研製提供了堅實的技術基礎
  • 2018年10月25日,203所銣原子鐘首次搭載“海洋二號B”衛星成功發射。

在這些進展中,我們看到了很多也是軍民融合,服務民生的項目,比如毫米波安檢系統,虹膜生物識別身份認證系統,智慧城市管網系統等,而本文剛開始提到為嫦娥四號提供的晶體元器件,203所也有相應的晶體元器件民品子公司,宇航級都能製造,那工業級,民用級的市場肯定不會放過。以上如果還不覺得離大眾近,那麼203所研製的檢測肉質新鮮度的小工具“鮮鼻子”,適合經常買菜的人,可惜好像還找不到購買的方式(之前文章有淘寶鏈接,現在沒有了)

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