中國空間站建設拉開序幕，國產核心器件駛向“天宮”

4月29日11時23分，長征五號B遙二運載火箭在海南文昌航天發射場點火升空，成功將將載人航天工程空間站“天和”核心艙精準送入預定軌道。我國在載人航天工程上已經實現了載人飛船和航天員出艙前兩步，而“天和”核心艙的發射，意味著該工程的第三步已經拉開序幕——空間站建設。
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長征五號B遙二運載火箭成功發射 /?新華社

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中國空間站建設的最終目標是在低軌建設一個接近70噸的常駐大型空間站“天宮”，未來通過進一步飛行任務的擴展可至180噸量級。該空間站將提供大規模的空間科學實驗和技術試驗機會，解決較大規模、長期有人照料的空間應用問題。這項建設工程計劃在今明兩年執行11次飛行任務，包括核心艙和實驗艙的發射，以及神舟載人飛船與貨運飛船的發射。此次發射的“天和號”就是空間站的核心艙。
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天和核心艙實物演示艙

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那么空間站作為如今航天航空領域最復雜的技術，國產核心器件無疑面臨著巨大的挑戰，而核心艙作為空間站的大腦，自然也對航天芯片提出了更高的要求。然而在“天和”中，國產芯片的存在起到了不可忽視的作用。
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核心艙內的國產核心器件 / 北京微電子技術研究所

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此次任務中，北京微電子技術研究所（772所）為核心艙的環控生保系統、熱控系統、推進系統等10多個分系統配套了處理器、FPGA、AD/DA、1553B總線、大容量SRAM存儲器、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化提供全方位支撐。
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在航天任務中，最重要的組件是星載計算機。772所的SPARCV8處理器BM3803已經出現在國家多個重大航天工程中，此次也是作為“天和”星載計算機中最關鍵的SoC，確保了核心艙的穩定控制。這款32位的RISC嵌入式處理器擁有優秀的抗輻性能，負責艦上的載荷任務管理、網絡管理和熱控管理等分系統管理和控制。
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鑒于空間站的載人發射任務尚未開始，初期的大量艙外建設任務自然需要交給機器來完成。在惡劣的艙外輻射環境下工作。核心艙配備有一對機械臂，一大一小，大機械臂可以抓取25噸重的物體，小機械臂可以配合大機械臂進行操作。機械臂既要達到嚴苛的可靠性指標，還要擁有精確的自動識別和匹配能力。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問題，保障了空間站中重要單機、系統的可靠工作。
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為了保證艙內通信以及未來艙間通信的穩定性，確保核心艙星載計算機、中心控制器和機械臂等終端之間的交互和級聯，772所也專為這些設備提供了宇航級的1553B總線系列電路。此外，1553B總線同樣用于長征五號B運載火箭，用于對其進行實時控制和信息綜合，保證信息傳輸的暢通無阻，為其提供了魯棒性好的“高速公路”。
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輻射環境中的另一大挑戰則來自于存儲。在高即聯的輻射下，存儲一旦出現問題，很可能造成數據及代碼丟失和系統損壞的情況。772所的B65608EARH作為一款可承受100Krad的SRAM存儲器，在天和核心艙中主要用于中繼SSA-SMA終端設備，為空間站和地面通信中繼任務的完成起到了保障。
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未來空間站與載人和貨運飛船的對接需要的高精度的模數與數模轉換，772所的14位AD和12位DA作為空間站慣導測量的核心器件，未來對接的姿態控制都由它們負責。AD/DA轉換器在運載火箭的慣組中同樣充當了關鍵的角色，通過核心控制器接收和發送高質量的數字信號，從而做到信號的實時精確轉換。
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小結
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目前在航天航空和軍工電子領域，主要使用的仍是ASIC和FPGA，從我國重大航天航空項目的屢次成功上看來，我們在這一領域已經基本實現了國產化。此次長征五號B遙二的成功升空，與2017年的長征五號遙二的失利相比，也充分證實了我國在航天航天領域的長足進步。
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此外，空間站建設已經進行了一系列內部環境的試驗工作，未來航天員不僅能在空間站體驗到智能家居和Wi-Fi，還能享受優質的餐飲娛樂，核心艙的供電系統更是由光電轉換效率最高的三結砷化鎵太陽能電池組成。中國空間站預計在2022年前后建成，屆時更長的航空任務和更頻繁的艙外活動都將為核心器件帶來更高的挑戰。以目前的計劃來看，在探索宇宙未知的道路上，國家已經在自主核心器件上實現了不菲的成績，我們不妨在未來的天舟二號和神州十二號飛船上期待更多的航天芯突破。
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聲明：本文由電子發燒友綜合報道，參考自北京微電子技術研究所、新華社，轉載請注明以上來源。