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中国首个商业超音速空天飞行器中的西电智慧

   西安电子科技大学    2019-04-26    

  4月23日早7时28分,中国首款由商业航天公司研制的超音速空天飞行器在西北大漠首次试飞成功。西电参与了电气系统研制和技术攻关,并开展了临近空间探测科学实验。

    将“一小时飞抵全球”的梦想向现实推进

  这架空天飞行器由民营航天企业--凌空天行公司发射,它既像是火箭,又像是飞机,看起来就像是“长着翅膀的火箭”。它既能垂直发射,又可通过伞降返回,此前许多科幻小说将这一类飞行器称为“空天飞机”。

  它飞行在距地面20千米到100千米的“临近空间”,即大气层的边缘地带。这个空间介于飞机和卫星轨道之间,是进出太空的必经之地,也是未来重要的飞行走廊——

  向上飞可以进入太空,比如加一级火箭就可以发射卫星到指定轨道;

  平飞可以作为一台飞行的实验室,开展对临近空间的科学探索;

  向下则可以重返地面,提供一个高速运输平台。

  由于空气稀薄阻力更小,理论上可以接近火箭的速度,比客机快十几倍,按此推算未来北京至上海飞行时间只需5分钟左右,1个小时内可飞抵全球各地,此次成功发射将这一梦想向现实推进了关键的一步。

  据参与研制工作和科学任务的西安电子科技大学空间科学与技术学院谢楷教授介绍,这是一架“空天飞机”的雏形机。它验证了“空天飞机”飞行的关键动作,包括垂直发射起飞、在临近空间按照预定航迹自主飞行,并且试验了倾侧180度翻身、C字“急转弯”等多个极限动作。最后还试验了以开伞的方式返回地面,将宝贵的科学载荷全部完好带回。

  西电贡献无缆传输、灵巧相机等技术

  这次首飞试验为两家高校提供了科学研究搭载服务。西电总共搭载了10台单机载荷,开展了多项空天新技术飞行验证,以及临近空间环境探测等方面研究。其中包括新型的一体化无线高清摄像系统,将传统的高清摄像机、图像压缩器、无线传输等三部单机集成化,体积缩小了十几倍,功耗降低至3瓦左右;该载荷被选作天行I号的主摄像机,完整拍摄并通过遥测实时下传了掠过大气层边缘的全过程。

西电研制的“一体化灵巧相机”,在临近空间拍摄了大气层边缘的视频

高难度的180度侧倾转弯特技动作,敢于将机翼垂直向上指向漆黑的外太空,考验了极限状态的控制能力,以及相机在大反差光照下的成像能力

  西电还开展了舱内UWB无缆化信息传输技术的体系化验证,验证了伺服控制回路、图像数据流、多点传感器网络的高实时性无缆化传输技术。运用该技术,在机舱的内壁和顶部布置了多个测点,获得了高分辨率的气动热效应过程,而且在布局狭小的机舱内,大幅减少了电气系统中电缆的数量。

  此外,天行号内部还安装了两部西电研制的高能粒子探测器,对能够穿透仓壁进入飞行器内部的多种高能粒子进行统计。这些探测器将长期安装在天行系列飞行器上,在后续的多次飞行中,逐渐累积临近空间不同高度的测量数据,将会对未来空天飞机的电子系统可靠性设计、人身安全剂量评估提供十分有价值的参考。

天行I号参研:谢楷、权磊、学生朱繁、学生席若尧

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