科技日報記者 頡滿斌

(相關(guān)資料圖)

7月24日，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭在文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空。

此次“問天”任務(wù)，中國航天科技集團有限公司五院510所（以下簡稱510所）再次聚力出發(fā)，研制的載荷適配器、音頻單元等產(chǎn)品進一步彰顯510所齊心協(xié)力、拼搏創(chuàng)新的科研力量。

太空實驗室的艙外“多孔端口”——載荷適配器

問天實驗艙作為現(xiàn)在我國最先進的太空實驗艙，除了可以進行空間生命科學(xué)的研究外，同時還具備材料艙外暴露裝置，為未來部分科學(xué)實驗提供零壓力和真空環(huán)境。

我國空間站建成后將開展大量艙外暴露科學(xué)試驗，是我國空間站達到國際先進水平的重要標(biāo)志。而“載荷適配器”作為空間站中小型艙外載荷的通用接口設(shè)備，為中小型標(biāo)準(zhǔn)艙外載荷提供通用化的“多孔端口”，包括機械、供電、信息和熱接口等，是“太空實驗室”運營后艙外暴露科學(xué)實驗的基礎(chǔ)，其艙外實驗載荷的在軌無人安裝、長期在軌支持、多輪次更換，都離不開510所研制的“載荷適配器”的幫助。

“載荷適配器”的本質(zhì)是一種輕小型對接機構(gòu)，由主動端和被動端組成，安裝在空間站實驗艙I外暴露平臺的22臺陣列化布置的“端口插座”由載荷適配器的被動端實現(xiàn)，后續(xù)隨天舟貨船分批次多輪上行的各式標(biāo)準(zhǔn)艙外載荷攜帶“端口插頭”由載荷適配器的主動端擔(dān)當(dāng)，并利用機械臂操作實現(xiàn)安裝和更替。另外根據(jù)是否具備為艙外載荷提供導(dǎo)熱通道，載荷適配器又分為I型(無導(dǎo)熱能力)和Ⅱ型(有導(dǎo)熱能力)兩種，Ⅱ型在具備I型輕小型對接機構(gòu)功能的基礎(chǔ)上還配置了控溫液路及冷板，實現(xiàn)對載荷的主動熱控。

載荷適配器。

此次問天實驗艙相較于天和配備了一個精巧的小型機械臂，可以單獨發(fā)揮作用，也可與天和的大型機械臂配合完成航天員的出艙、艙外設(shè)施照料、巡檢等任務(wù)。

針對支持機械臂在軌操作的需求，510所通過技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計的載荷適配器被動端“分步被動引導(dǎo)組件”可實現(xiàn)對主動端的引導(dǎo)，實現(xiàn)校正機械臂操作偏差的功能，引導(dǎo)過程也可通過主動端同步捕獲、主動校正、自潤滑楔緊鎖和浮動連接器來實現(xiàn)鎖緊和資源連通被動端的功能，從而實現(xiàn)載荷適配器的“輕小型對接機構(gòu)”功能。510所“載荷適配器”的研制過程共攻克同步捕獲、主動位姿校正、剛性鎖緊等?14項關(guān)鍵技術(shù)，在四次大系統(tǒng)機械臂載荷操作試驗中接口匹配良好：控制模式適用、容差配合合理、信息交互、操作力適配等方面都有優(yōu)異表現(xiàn)，能夠可靠校正機械臂位姿偏差，鎖緊連通后的供電、通訊、傳熱性能優(yōu)良，整體性能已經(jīng)達到了國際先進水平，是“太空實驗室”里不可或缺的重要部分。

航天員的艙內(nèi)“太空家居”語音設(shè)備——音頻單元

中國空間站作為航天員在浩瀚宇宙中溫暖的“家”。因此問天配置了一系列的“太空家居”設(shè)備，為航天員的工作和生活提供智能、便捷的服務(wù)。音頻單元作為終端音頻儀表設(shè)備，是510所為空間站新研的音頻設(shè)備。音頻單元可以支持多類型、多通道音頻終端的輸入輸出，可以接收整個空間站的報警信息實現(xiàn)對航天員的語音報警提示，還能實現(xiàn)航天員與地面的天地電話，實現(xiàn)多艙狀態(tài)下各艙段航天員之間及地面測控中心的會議通話功能，為航天員在軌通話提供了多種模式。

音頻單元作為空間站中唯一的外放式音頻設(shè)備，在研制過程中面臨著較多的聲學(xué)設(shè)計難題。為適應(yīng)空間站任務(wù)的變化，空間站音頻單元軟件還可以進行在軌升級。

510所“音頻單元”軟件研制團隊在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了軟件三級加載方案，該方案可以應(yīng)對復(fù)雜的空間硬件環(huán)境和通訊環(huán)境，確保在最惡劣的情況下，軟件不會“死機”。在空間站天地通訊網(wǎng)數(shù)據(jù)注入實驗過程中，研制團隊經(jīng)過48小時不間斷測試，掌握了復(fù)雜天地數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)上傳帶寬和時延容限等技術(shù)細(xì)節(jié)，制定了窄帶寬、長時延、高誤碼率情況下的軟件在軌注入策略。

音頻單元。

此外，空間站音頻單元還具有免提通話功能，為了保證語音播報質(zhì)量及通話效果，研制組自主開發(fā)了回聲抑制算法、自激抑制功能，并優(yōu)化了聲腔結(jié)構(gòu)，克服了設(shè)備空間有限、揚聲器與麥克風(fēng)物理距離過近、可選材質(zhì)限制等難題，解決了聲學(xué)設(shè)備容易出現(xiàn)的回聲抑制、自激嘯叫等問題。在語音可懂度實驗過程中，通過對整艙噪聲環(huán)境分析，增加麥克風(fēng)的信噪比，從而提高語音的可懂度。之后航天員在問天這個新教室中開展“天地通話”和全新“太空授課”，音頻單元也會給航天員帶去全新的授課“音頻”體驗。

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