嫦娥四号成功背后故事(一):自主可控晶体元器件,关键!

引言

1月11日16时47分,嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器顺利完成互拍,标志着嫦娥四号

工程阶段任务圆满成功,接下来就是长期的科学研究阶段任务了。嫦娥四号的成功离不开广大航天人的努力,航天企业、中科院、高校、社会企业等众多单位纷纷参与了嫦娥四号任务的研制和配套工程和服务中,虽然成功消息放出后,各家单位大部分都官方公布了其参与了的内容,但是关注度和其贡献远远不匹配,因此决定连续刊文讲一讲这背后的制造故事,贡献一份微小的宣传力量。

第一期讲的是航天科工203所,为嫦娥四号号配套研制了各种自主可控晶体元器件,保证了工程的发射、测控、在轨飞行、着陆等提供了稳定、可靠的频率信号。作为嫦娥四号中电子设备的心脏,稳住了嫦娥飞行的脉搏,助力嫦娥精准奔月和落月,保障了她能及时准确和地球“报平安”。

嫦娥四号成功背后故事(一):自主可控晶体元器件,关键!

嫦娥四号成功背后故事(一):自主可控晶体元器件,关键!

频率信号如同人体的脉搏,脉搏的稳定是她稳定正常工作的前提。嫦娥四号共使用了9个型号的晶体元器件,包括晶体振荡器、晶体滤波器等产品,这些产品各个“身经百战”,同时也“身怀绝技”。比如高性能时钟晶体振荡器,是已经大量应用到我国探月工程的“功勋”产品。嫦娥四号中它再次成为多面手,从充当“千里眼”和“顺风耳”的通讯设备,从控制嫦娥精准着陆的控制系统,再到拍摄“广寒宫”的光学电子设备,处处都有它忙碌的身影。温补晶体振荡器,是频率控制的“大咖”,它可以输出非常精准稳定的频率信号,在嫦娥四号任务中,经过进一步设计和工艺攻关后,性能指标和可靠性进一步提高,频率稳定度优化了30%,温度工作范围提高了近一倍,并具有良好的环境适应性,相信玉兔二号相比它的大哥玉兔号更能胜任长时间稳定工作。

航天科工203所

看到“频率”字眼,熟悉物理的人知道这和“时间”有关,研究时间、频率的就是计量的范畴了,而203所对外的名称就是

北京无线电计量测试研究所,始建于1957年12月5日,现属于中国航天科工二院,是以无线电、时间频率计量技术研究、电磁兼容检测,宇航级晶体元器件、原子钟时频产品研制为代表的专业计量测试研究所。是国家重大专项时频体系建设的主要单位,是国内唯一具有从晶体元器件、频率源、原子频标到时频测量的技术配套、体系完整的频率控制技术研究所,是国内唯一同时开展氢、铷、铯三种原子钟研制单位。原子钟可是导航卫星的最重要的设备,一般导航卫星会搭载多台多类原子钟以保证互为备份和提高精度,国内研究原子钟的单位还有比如中科院武汉物理与数学研究所的铷原子钟,中科院上海光机所的空间冷原子钟,中科院上海天文台的氢原子钟,中国电科成都天奥电子股份有限公司的激光抽运小型铯原子钟、中国计量科学研究院的NIM5铯原子喷泉钟等等。

技术进展

研究所嘛,当然是研究科学技术为主的,以下是时间线航天小编整理了近年来公开报道的203所取得的一些重要进展和突破。

  • 2014年1月24日,203所研制的北斗二代卫星时间频率基准系统日前顺利交付,标志其时间频率配套能力上了新的台阶。 时间频率基准系统对于北斗二代导航意义重大,可为其测试中心提供统一的时间基准和频率基准。203所凭借自研产品建成了包含9种37台设备的时间频率系统,因技术指标优良、使用界面友好和优质服务而得到用户高度评价。
  • 2014年3月16日,203所承担的北京市科委科技计划课题“毫米波主动式三维扫描人体安检系统”近日顺利通过验收评审。该产品在三维全息成像分辨力、扫描成像处理时间、危险可疑物品检测能力均达到世界先进水平,填补了我国在毫米波主动式三维人体安检设备领域的空白,解决了近场毫米波高精度三维信息成像技术这一世界性难题。同时采用了独特的危险可疑物品自动识别技术,有效保护了人体隐私。经过国家权威部门检测设备辐射功率
    远低于人体辐射安全标准要求。该产品主要用于机场、高速铁路、地铁、大型场馆、政府要害部门出入人员的快速安检。
  • 2014年4月8日,203所“50MHz~50GHz小功率校准技术研究”等3项计量科研项目联合获得2013年度国防科技进步一等奖。项目突破了高精度、高稳定性同轴N型热敏电阻座的设计及制作难题,实现了功率传递标准知识产权的完全自主化。该项目的成果及相关技术,已广泛应用于国防军工的功率量值传递中,研制的小功率传递标准在技术上打破了美国对我国传递标准市场长期的垄断局面,已为多家单位组建了用于日常量传工作的功率标准。同时,该项目的相关技术及研制经验为后续建立具有国防特色的微波毫米波功率标准体系奠定了坚实基础,为确保国防军工领域功率参数量值溯源的准确一致提供了技术积累。
  • 2014年5月6日,203所近期成功研制“调制解调器时延测量系统”和国内首台高精度时间比对调制解调器。时延测量系统为北斗二代精准定位提供技术保障。该系统实现了多种形式的调制解调器时延的校准,解决了传统方法中硬件引入的附加时延无法测量的难题,实现比较基带信号的延时,总体性能指标达到国际同类装置的先进水平。该技术将广泛应用于卫星通信,导航等领域,满足国内对调制解调器时延参数的计量测试校准的需求,具有巨大的社会效益与潜在的经济效益;高精度时间比对调制解调器(BIRMM MODEM)最终实测技术指标,达到甚至部分超过国外先进设备水平。据悉在完全相同的卫星链路测试环境下,该设备时间比对测量结果的标准差,与德国处于同一水平。
  • 2014月12月29日,203所“高速数字示波器校准装置”和“太赫兹电脉冲产生与测量技术预先研究”两个项目顺利通过国防科技成果鉴定。“高速数字示波器校准装置”项目,在国内首次开展了利用飞秒激光技术基于光纤型超快光电探测器的示波器上升时间校准研究,建立了示波器检定的国防最高标准;“太赫兹电脉冲产生与测量技术预先研究”项目,在国内首次研建了基于飞秒激光技术的太赫兹脉冲电光取样波形测量系统,实现了半幅度脉冲宽度小于8ps、上升时间小于6ps 的太赫兹脉冲的产生和测量,获得2015年度国防科技进步一等奖。
  • 2015年3月20日,203所研制成功“新一代虹膜生物识别身份认证系统”,系统的整体性能达到国际先进水平。该项目是中国航天科工集团公司重大自主创新项目,项目突破了虹膜图像快速采集、远距离识别和小型化集成等关键技术,在1秒钟内快速完成虹膜识别。与现有的虹膜识别系统相比,识别距离更远,能在1米以外的距离快速识别虹膜;识别过程中抗强光照干扰,不受佩戴眼镜的影响;具有防抖动功能,对用户的适应性更强;具有活体虹膜检测功能,能有效防止死体虹膜或虹膜照片的欺骗。
  • 2015年4月11日,203所成功研制了耐高温二氧化硅电缆组件,该电缆组件能够承受1000℃高温,产品性能达到了国内领先水平。
  • 2015年7月25日,在西昌发射中心一箭双星成功发射两颗北斗导航卫星。在此次的飞行任务中,203所研发的两台新一代高精度铷原子钟也一起跟随北斗卫星成功上天,关键技术指标已达国际一流水平。
  • 2015年9月30日7点13分,203所研制的星载氢原子钟跟随第四颗新一代北斗导航卫星在西昌卫星发射中心成功发射。本次发射的北斗导航卫星首次搭载氢原子钟,卫星入轨后,将开展星载氢原子钟、星间链路、新型导航信号体制等试验验证工作,并适时入网提供服务。星载氢原子钟在北斗导航系统的应用将大幅提高导航精度、性能和自主维持能力,大幅降低北斗导航系统对地面的依赖程度,延长自主导航时间,是中国北斗导航卫星发展史上的一个里程碑。
  • 2015年12月31日,203所自主研发的高性能小型铷原子钟通过指标考核测试,完成产品化研制,技术指标取得新突破。该项目的后续,
    超薄铷原子钟核心技术自主可控,本体尺寸压缩到76mm×76mm×17mm,是世界上厚度最薄的高可靠铷原子钟,可在强振动条件下保持可靠锁定,技术指标达到国际顶尖水平,2018年目前已经完成研制并已实现量产。
嫦娥四号成功背后故事(一):自主可控晶体元器件,关键!

小型铷原子钟体积与银行卡对比

  • 2016年11月26日,203所智慧管网技术研究与发展中心参与的全国首个住建部
    地下管线综合管理试点项目在山东省德州市顺利通过住建部的验收,此次德州试点项目,在圆满完成工作的基础之上,形成了“可复制、可推广”的地下管线综合管理体系,对引领全国地下管线综合管理水平的提升具有良好的示范效应,为构筑城市坚强的“生命线”提供了坚实的基础和技术保证,也开启了203所投入智慧城市建设应用的正式步伐。
  • 2017年6月16日,近期203所在2mm频段在片S参数校准技术研究中取得突破,达到国内领先水平。提升在片S参数校准能力对于提高我国毫米波器件设计制造水平有着重要的意义,该技术将在车载雷达、跑道异物检测、风云三号气象探测有所应用,具有一定经济效益和社会效益。
  • 2017年8月17日,近期,203所成功研制了工作频率200MHz~40GHz的同心锥TEM室,经测试,其电压驻波比和场均匀性等关键参数均满足设计指标,达到国际先进水平,此项宽带场强校准技术的突破,对于提高场强校准效率和降低测试成本意义重大。
  • 2017年11月8日前北斗导航卫星发射成功,北斗三号全球定位系统的建设已在全面启动,卫星进入密集发射组网阶段,系统将在2020年左右向全球提供服务。203所作为卫星核心设备供应单位,此次为北斗三号卫星提供了
    高精度铷钟,助力北斗导航卫星定位精度进一步提升。
  • 2018年5月23日,日前203所研制成功了我国首套绝对相位噪声标准,在国际上,首次提出采用有色噪声源,解决相位噪声近载频溯源问题,已获国家发明专利授权。该标准通过与国外权威机构进行比对验证,验证不确定度将目前国内的测量水平提升了三倍以上,为高性能雷达的研制提供了坚实的技术基础
  • 2018年10月25日,203所铷原子钟首次搭载“海洋二号B”卫星成功发射。

在这些进展中,我们看到了很多也是军民融合,服务民生的项目,比如毫米波安检系统,虹膜生物识别身份认证系统,智慧城市管网系统等,而本文刚开始提到为嫦娥四号提供的晶体元器件,203所也有相应的晶体元器件民品子公司,宇航级都能制造,那工业级,民用级的市场肯定不会放过。以上如果还不觉得离大众近,那么203所研制的检测肉质新鲜度的小工具“鲜鼻子”,适合经常买菜的人,可惜好像还找不到购买的方式(之前文章有淘宝链接,现在没有了)

嫦娥四号成功背后故事(一):自主可控晶体元器件,关键!


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