宇航服電子元器件：航天員的“生命保護(hù)神”

    航天員系統(tǒng)是“神七”飛船中和航天員最密切接觸的系統(tǒng)，直接關(guān)乎航天員的生命安全。中國電子科技集團(tuán)的各個(gè)研究所為航天員系統(tǒng)提供了一系列的電子元器件：光電耦合器、傳感器、混合集成電路等產(chǎn)品，這些電子元器件為航天員的生命安全提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

　　2008年9月25日，當(dāng)“神舟七號(hào)”劃過天際進(jìn)入預(yù)定軌道時(shí)，所有中國人都為之歡呼。如果把整個(gè)“神七”飛船系統(tǒng)比作一個(gè)人的機(jī)體，那么眾多的元器件就如同機(jī)體組織中的細(xì)胞，盡管微小，卻至關(guān)重要不容忽視。應(yīng)用在航天飛行器上的產(chǎn)品，其性能指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，一些條件甚至近似苛刻，對(duì)可靠性的要求更是非常高，必須做到萬無一失，技術(shù)難度相當(dāng)大。

　　在“神七”七大系統(tǒng)中，航天員系統(tǒng)是和航天員接觸最密切的系統(tǒng)，直接關(guān)乎航天員的生命安全，任何一個(gè)零部件的瑕疵都可能造成無可挽回的損失。中國電子科技集團(tuán)的各個(gè)研究所為航天員系統(tǒng)提供了一系列的電子元器件：光電耦合器、傳感器、混合集成電路等產(chǎn)品，通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以及所內(nèi)上下所有部門的戮力配合，電子元器件順利地為航天員的生命安全提供了堅(jiān)強(qiáng)有力的保障。

所有部門為“神七”亮綠燈

　　中國電子科技集團(tuán)公司和下屬的各所對(duì)“神七”任務(wù)都特別重視，所長親自掛帥，一切部門要為“神七”項(xiàng)目亮綠燈，這為產(chǎn)品保質(zhì)保量完成提供了堅(jiān)實(shí)的保證。其中與航天員系統(tǒng)密切相關(guān)的包括二十三所、四十三所、四十四所、四十八所、四十九所。

　　從“神一”到“神七”的歷次飛行任務(wù)中，四十三所為飛船先后配套了5大類混合集成電路產(chǎn)品。2005年1月底，負(fù)責(zé)飛船系統(tǒng)的航天集團(tuán)某研究所提出要求四十三所在當(dāng)年3月份前研發(fā)出3個(gè)品種溫度變換器，并對(duì)其性能提出了很高的要求。四十三所在時(shí)間緊、任務(wù)重、難度大的情況下，電路設(shè)計(jì)人員在“多難也要啃下這塊硬骨頭”的信念下加班加點(diǎn)，全身心投入到產(chǎn)品研制過程中。

　　為了使這些產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)到交付一次性成功，確保零缺陷，四十四所從領(lǐng)導(dǎo)到科技人員都高度重視，并成立了“神舟七號(hào)載人航天飛行任務(wù)”領(lǐng)導(dǎo)小組、技術(shù)保障小組和質(zhì)量檢查整改小組，湯興華所長任領(lǐng)導(dǎo)小組組長。為了確保任務(wù)保質(zhì)保量按時(shí)完成，所里調(diào)集精兵強(qiáng)將，成立了重點(diǎn)型號(hào)公關(guān)小組，在科研攻關(guān)過程中實(shí)施全過程控制和零缺陷管理。所里要求全力圍繞重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品服務(wù)，為重點(diǎn)型號(hào)產(chǎn)品鋪設(shè)“綠色通道”。凡是任務(wù)所需解決的問題，各研究室、各機(jī)關(guān)部門及保障單位必須及時(shí)給予解決。

　　二十三所在接到“神七”配套任務(wù)后，所長唐正國親自掛帥，并強(qiáng)調(diào)要以對(duì)我國航天事業(yè)高度負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)待“神七”配套項(xiàng)目。他調(diào)動(dòng)所有人力無力，全力支持研制工作，從原材料采購到檢驗(yàn)，從工藝參數(shù)到設(shè)備狀態(tài)，從產(chǎn)品中間檢驗(yàn)到最終檢驗(yàn)，都嚴(yán)格按質(zhì)量體系要求程序操作，確保產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)。

　　“神七”載人航天工程艙外航天服系統(tǒng)用的服裝壓力傳感器、氣瓶壓力傳感器是四十八所第一次承擔(dān)中國載人航天工程產(chǎn)品研制任務(wù)。接到任務(wù)后，全所上下十分重視，專門成立了以唐景庭所長為組長的傳感器研制領(lǐng)導(dǎo)小組。所內(nèi)一切部門都為產(chǎn)品的研制開綠燈，并發(fā)揚(yáng)特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻(xiàn)的“載人航天”精神，確保任務(wù)圓滿完成。經(jīng)過兩年多的刻苦攻關(guān)，產(chǎn)品順利交付。為了保障“神七”飛行最終任務(wù)的順利完成，唐所長又迅速作了部署，在所內(nèi)專門成立了“神七”任務(wù)快速應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組和應(yīng)急技術(shù)保障小組，由唐景庭所長親自任組長，領(lǐng)導(dǎo)小組協(xié)調(diào)所內(nèi)一切資源，保障“神七”成功發(fā)射和航天員成功出艙。

電子元器件為航天員安全護(hù)航

　　四十四所承擔(dān)“神七”載人航天飛行3項(xiàng)配套生產(chǎn)任務(wù)，分別有3個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品得到應(yīng)用，其中某型號(hào)的光電耦合器在出艙宇航服內(nèi)部電源系統(tǒng)中得到應(yīng)用。該光電耦合器用于監(jiān)測宇航服的電池電壓，它能準(zhǔn)確判斷電源系統(tǒng)工作是否正常，并對(duì)電源的供電情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

　　測量過程要求保證做到測量點(diǎn)和人體的電氣隔離，從而保證航天服能安全工作。該產(chǎn)品具有線性度高、溫度漂移小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還采取了相應(yīng)的抗電離輻射加固的措施，保證在較大劑量空間γ射線的作用下，功能也運(yùn)行正常。該產(chǎn)品在系統(tǒng)中運(yùn)行良好，工作穩(wěn)定，為航天員實(shí)現(xiàn)艙外行走提供了有力保證。

　　四十八所承擔(dān)了“神七”艙外航天服系統(tǒng)中的兩種壓力傳感器：一種是FTH403氣瓶壓力傳感器，它安裝在“神七”艙外航天服的背包和掛包內(nèi)，用于測量服裝背包和掛包中高壓氧瓶內(nèi)的壓力變化，為供氣子系統(tǒng)及氧瓶的使用提供依據(jù)，確保有足夠的高壓氧氣讓航天員遨游太空；另一種是FTH401服裝壓力傳感器，它安裝在艙外航天服的背包內(nèi)，用于測量服裝內(nèi)航天員呼吸壓力，從而保障服裝內(nèi)環(huán)境壓力滿足航天員工作需求和生命安全需求。

　　四十三所為“神七”研制配套數(shù)百塊高可靠性溫度變換器混合集成電路產(chǎn)品，它們具有通用性強(qiáng)、測溫范圍廣、精確度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天員宇航服系統(tǒng)中，為保護(hù)航天員生命、確保飛船正常工作提供了保障。

　　此次為“神七”配套的產(chǎn)品之一是溫度混合集成電路，它主要用來將傳感器測量到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以識(shí)別的電信號(hào)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的目的。太空中沒有大氣層的保護(hù)，飛船和宇航服表面溫度變化極大，最大可相差幾百度，寒冷和炙熱時(shí)刻威脅著航天員的生命。宇航服要想做好航天員的“生命保護(hù)神”，確保航天員生命安全，溫度變化器這個(gè)電路系統(tǒng)和外界溫度之間的“翻譯”能否很好地發(fā)揮作用至關(guān)重要。

　　二十三所承接了“SZ-7心電電極帽及引線”項(xiàng)目。該項(xiàng)目用于航天員的醫(yī)監(jiān)系統(tǒng)中，它是實(shí)現(xiàn)對(duì)航天員心電信號(hào)和其他身體特征實(shí)時(shí)監(jiān)測和信號(hào)傳輸?shù)年P(guān)鍵部件。此外，二十三所還為“神七”配套“通信頭戴電纜”和“航天服生理信號(hào)電纜”，分別用于航天員頭戴通信系統(tǒng)和航天服生理信號(hào)傳輸系統(tǒng)。“通信頭戴電纜”是實(shí)現(xiàn)通信頭戴、艙內(nèi)壓力服和飛船返回艙語音處理裝置連接的重要部件。而“航天服生理信號(hào)電纜”是航天服中傳輸航天員心電、呼吸、體溫、脈搏、血壓等生理特征信號(hào)的傳輸線，是檢測航天員生理信號(hào)是否安全的傳輸信號(hào)電纜。

　　四十九所從1994年開始為載人航天工程研發(fā)配套傳感器，為“神一”到“神六”的多次飛行任務(wù)的順利完成提供了高精度、高可靠的控制和測量參數(shù)。FTH系列產(chǎn)品安裝在艙外航天服的背包內(nèi)，包括液冷服水溫傳感器、通風(fēng)溫度傳感器和水升華器出口水溫傳感器，用于監(jiān)測艙外服內(nèi)相關(guān)設(shè)備的工作情況。

技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)品性能突破

　　由于出艙宇航服特殊的使用環(huán)境，產(chǎn)品規(guī)定在輻照環(huán)境下依然要保持高的線性度，而且要求在全溫范圍內(nèi)以及在輻照環(huán)境下保持極高的綜合精度。四十四所攻關(guān)組經(jīng)過多次交流，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行輻射效應(yīng)的理論研究和實(shí)驗(yàn)，分析其輻射效應(yīng)薄弱環(huán)節(jié)及損傷模式，有針對(duì)性地開展抗輻射加固的設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)研究。在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，四十四所通過選擇合適的芯片和采取補(bǔ)償設(shè)計(jì)，使用自制高精度耦合臺(tái)等措施，經(jīng)過多次抗輻照摸底實(shí)驗(yàn)，反復(fù)改進(jìn)和調(diào)試，不斷完善器件結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)。

　　為了積累第一手資料，攻關(guān)組幾位同志多次到某基地進(jìn)行γ射線的電離輻射實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間長，并且需要在各個(gè)劑量點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)測，隨時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過程中各個(gè)參數(shù)的變化情況，四十四所相關(guān)員工經(jīng)常是連續(xù)30多個(gè)小時(shí)不能合眼。經(jīng)過四十四所共同努力，產(chǎn)品在抗輻射加固方面取得了突破，滿足了用戶的使用要求。

　　其中運(yùn)用在出艙宇航服上的GG1142Z型光電隔離器運(yùn)用了一系列創(chuàng)新技術(shù)：綜合精度高，在工藝實(shí)施中，采用了對(duì)器件合理布線的工藝技術(shù)，提高器件隔離特性的工藝技術(shù)等，保證了工藝的先進(jìn)性和樣品質(zhì)量；線性度高，通過耦合工藝控制線性光耦傳遞系數(shù)及線性度，確保線性光耦傳遞系統(tǒng)的一致性以及滿足非線性度達(dá)到合同技術(shù)指標(biāo)的要求；抗輻射能力強(qiáng)。

　　四十三所在充分了解產(chǎn)品的功能、性能要求的基礎(chǔ)上，經(jīng)過EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）設(shè)計(jì)論證和大量試驗(yàn)，優(yōu)化了電路設(shè)計(jì)方案，在一個(gè)半月內(nèi)完成了方案評(píng)審、電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、元器件選型、工藝生產(chǎn)、產(chǎn)品調(diào)試、試驗(yàn)篩選等各項(xiàng)工作，保證了產(chǎn)品按期交付用戶。經(jīng)用戶聯(lián)機(jī)使用測試，各項(xiàng)性能測試均符合要求，其中測量精度更是提升了40%以上，遠(yuǎn)優(yōu)于用戶要求。

　　二十三所的“SZ-7心電電極帽及引線”項(xiàng)目在“神舟六號(hào)”配套產(chǎn)品工藝技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，技術(shù)人員通過摸索新工藝，創(chuàng)新地采用夾持固定結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的可靠性有了質(zhì)的飛躍。正是通過創(chuàng)新工藝，該產(chǎn)品具有可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、使用靈活方便且具有防誤操作的功能。同時(shí)，由于該產(chǎn)品體積小，各個(gè)零部件加工繁瑣，二十三所通過無數(shù)次的電腦模擬，對(duì)多套方案逐一進(jìn)行力學(xué)和熱力學(xué)分析比較并優(yōu)化方案，大大縮短了試制周期，使產(chǎn)品可靠性水平有了很大的突破。二十三所不僅實(shí)現(xiàn)了電極帽連接牢固、接觸可靠，而且在短時(shí)間內(nèi)形成了小批量供貨能力，按時(shí)保質(zhì)地為客戶提供了100套優(yōu)質(zhì)的配套電極帽產(chǎn)品。

　　四十八所的兩款芯片都采用了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的離子束測射鍍膜工藝制作而成，第三款芯片與壓力接口采用了全焊接方式，有效地解決了“神七”飛船艙外航天服對(duì)壓力傳感器所需的耐高壓、耐氧化、不泄露、小體積、高可靠性等問題。該產(chǎn)品的研制成功，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，打破了國外的技術(shù)封鎖，并替代了從俄羅斯進(jìn)口的壓力傳感器，滿足了載人航天的迫切需求，同時(shí)也為“神八”類似產(chǎn)品的研制提供了技術(shù)支持。

　　四十九所為“神七”艙外服配套的產(chǎn)品主要技術(shù)都是自主研發(fā)、自主創(chuàng)新的，其性能均達(dá)到世界先進(jìn)水平。如用于航天員體溫監(jiān)測的傳感器，系統(tǒng)要求將溫敏傳感器裝到與人耳相匹配的耳包內(nèi)，在完成檢測功能的同時(shí)，保證航天員人體安全且佩戴舒適。目前國內(nèi)尚無耳包設(shè)計(jì)的成型技術(shù)，四十九所經(jīng)過查閱人體工力學(xué)等大量資料，進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，突破了耳包成型和敏感元件的外形成型工藝難點(diǎn)，經(jīng)航天員實(shí)際佩戴試驗(yàn)，感覺良好，很好地滿足了系統(tǒng)要求。