4月29日11時(shí)23分,，長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空,，成功將將載人航天工程空間站“天和”核心艙精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道。我國在載人航天工程上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了載人飛船和航天員出艙前兩步,，而“天和”核心艙的發(fā)射,，意味著該工程的第三步已經(jīng)拉開序幕——空間站建設(shè)。
長征五號(hào)B遙二運(yùn)載火箭成功發(fā)射 / 新華社
中國空間站建設(shè)的最終目標(biāo)是在低軌建設(shè)一個(gè)接近70噸的常駐大型空間站“天宮”,，未來通過進(jìn)一步飛行任務(wù)的擴(kuò)展可至180噸量級(jí),。該空間站將提供大規(guī)模的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)機(jī)會(huì)，解決較大規(guī)模,、長期有人照料的空間應(yīng)用問題,。這項(xiàng)建設(shè)工程計(jì)劃在今明兩年執(zhí)行11次飛行任務(wù)，包括核心艙和實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射,，以及神舟載人飛船與貨運(yùn)飛船的發(fā)射,。此次發(fā)射的“天和號(hào)”就是空間站的核心艙。
天和核心艙實(shí)物演示艙
那么空間站作為如今航天航空領(lǐng)域最復(fù)雜的技術(shù),，國產(chǎn)核心器件無疑面臨著巨大的挑戰(zhàn),，而核心艙作為空間站的大腦，自然也對(duì)航天芯片提出了更高的要求。然而在“天和”中,，國產(chǎn)芯片的存在起到了不可忽視的作用。
核心艙內(nèi)的國產(chǎn)核心器件 / 北京微電子技術(shù)研究所
此次任務(wù)中,，北京微電子技術(shù)研究所（772所）為核心艙的環(huán)控生保系統(tǒng),、熱控系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等10多個(gè)分系統(tǒng)配套了處理器,、FPGA,、AD/DA、1553B總線,、大容量SRAM存儲(chǔ)器,、專用ASIC集成電路等32款7100余只集成電路，為空間站核心器件國產(chǎn)化提供全方位支撐,。
在航天任務(wù)中,，最重要的組件是星載計(jì)算機(jī)。772所的SPARCV8處理器BM3803已經(jīng)出現(xiàn)在國家多個(gè)重大航天工程中,，此次也是作為“天和”星載計(jì)算機(jī)中最關(guān)鍵的SoC,，確保了核心艙的穩(wěn)定控制。這款32位的RISC嵌入式處理器擁有優(yōu)秀的抗輻性能,，負(fù)責(zé)艦上的載荷任務(wù)管理,、網(wǎng)絡(luò)管理和熱控管理等分系統(tǒng)管理和控制。
鑒于空間站的載人發(fā)射任務(wù)尚未開始,，初期的大量艙外建設(shè)任務(wù)自然需要交給機(jī)器來完成,。在惡劣的艙外輻射環(huán)境下工作。核心艙配備有一對(duì)機(jī)械臂,，一大一小,，大機(jī)械臂可以抓取25噸重的物體，小機(jī)械臂可以配合大機(jī)械臂進(jìn)行操作,。機(jī)械臂既要達(dá)到嚴(yán)苛的可靠性指標(biāo),，還要擁有精確的自動(dòng)識(shí)別和匹配能力。772所的通用智能刷新控制芯片BSV2CQRH解決了SRAM型FPGA在太空中遇到的單粒子效應(yīng)問題,，保障了空間站中重要單機(jī),、系統(tǒng)的可靠工作。
為了保證艙內(nèi)通信以及未來艙間通信的穩(wěn)定性,，確保核心艙星載計(jì)算機(jī),、中心控制器和機(jī)械臂等終端之間的交互和級(jí)聯(lián)，772所也專為這些設(shè)備提供了宇航級(jí)的1553B總線系列電路,。此外,，1553B總線同樣用于長征五號(hào)B運(yùn)載火箭，用于對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和信息綜合，保證信息傳輸?shù)臅惩o阻,，為其提供了魯棒性好的“高速公路”,。
輻射環(huán)境中的另一大挑戰(zhàn)則來自于存儲(chǔ)。在高即聯(lián)的輻射下,，存儲(chǔ)一旦出現(xiàn)問題,，很可能造成數(shù)據(jù)及代碼丟失和系統(tǒng)損壞的情況。772所的B65608EARH作為一款可承受100Krad的SRAM存儲(chǔ)器,，在天和核心艙中主要用于中繼SSA-SMA終端設(shè)備,，為空間站和地面通信中繼任務(wù)的完成起到了保障。
未來空間站與載人和貨運(yùn)飛船的對(duì)接需要的高精度的模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換,，772所的14位AD和12位DA作為空間站慣導(dǎo)測(cè)量的核心器件,，未來對(duì)接的姿態(tài)控制都由它們負(fù)責(zé)。AD/DA轉(zhuǎn)換器在運(yùn)載火箭的慣組中同樣充當(dāng)了關(guān)鍵的角色,，通過核心控制器接收和發(fā)送高質(zhì)量的數(shù)字信號(hào),，從而做到信號(hào)的實(shí)時(shí)精確轉(zhuǎn)換。
小結(jié)
目前在航天航空和軍工電子領(lǐng)域,，主要使用的仍是ASIC和FPGA,，從我國重大航天航空項(xiàng)目的屢次成功上看來，我們?cè)谶@一領(lǐng)域已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,。此次長征五號(hào)B遙二的成功升空,，與2017年的長征五號(hào)遙二的失利相比，也充分證實(shí)了我國在航天航天領(lǐng)域的長足進(jìn)步,。
此外,，空間站建設(shè)已經(jīng)進(jìn)行了一系列內(nèi)部環(huán)境的試驗(yàn)工作，未來航天員不僅能在空間站體驗(yàn)到智能家居和Wi-Fi,，還能享受優(yōu)質(zhì)的餐飲娛樂,，核心艙的供電系統(tǒng)更是由光電轉(zhuǎn)換效率最高的三結(jié)砷化鎵太陽能電池組成。中國空間站預(yù)計(jì)在2022年前后建成,，屆時(shí)更長的航空任務(wù)和更頻繁的艙外活動(dòng)都將為核心器件帶來更高的挑戰(zhàn),。以目前的計(jì)劃來看，在探索宇宙未知的道路上,，國家已經(jīng)在自主核心器件上實(shí)現(xiàn)了不菲的成績,，我們不妨在未來的天舟二號(hào)和神州十二號(hào)飛船上期待更多的航天芯突破。