袁企鄉(xiāng)，徐　昕

(上海航天計算機技術研究所，上?！?01109)

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測發(fā)控系統(tǒng)方艙結構研究

袁企鄉(xiāng)，徐昕

(上海航天計算機技術研究所，上海201109)

摘要：把航天裝備送入空間的快速發(fā)射，對測發(fā)控系統(tǒng)提出了便捷、移動要求;目前現(xiàn)役運載火箭測發(fā)控系統(tǒng)狀態(tài)是系統(tǒng)復雜、難以移動，已不適應當前航天裝備快速送入空間的發(fā)展,為此提出一種新型移動式測發(fā)控系統(tǒng)方艙結構模式;該模式采取了遵循設備集成原則，通過使用方艙、線纜鋪設、人機工程優(yōu)化等先進設計理念與方法來實現(xiàn)測發(fā)控系統(tǒng)快速、可移動的要求，同時解決了該系統(tǒng)原先存在多方面存在的問題;通過長期對系統(tǒng)方艙結構的研究工作，研發(fā)出通過采用“設備集成、線纜集中鋪設、人機工程優(yōu)化、方艙結構為平臺”等先進技術的新型移動快速測發(fā)控系統(tǒng)方艙結構系統(tǒng)，為實現(xiàn)系統(tǒng)快速、可移動要求提供了技術基礎;該系統(tǒng)經過工程使用，實現(xiàn)了新一代運載火箭快速簡易測發(fā)控的目標。

關鍵詞：地測發(fā)控系統(tǒng)快速發(fā)射; 設備集成;線纜集中鋪設;人機工程優(yōu)化;方艙結構平臺

0引言

隨著航天技術的發(fā)展，移動快速發(fā)射運載火箭是未來快速進入空間的重要途徑。國防、經濟、防災抗災、通訊等對快速進入空間能力提出了迫切要求，地面測試發(fā)射控制系統(tǒng)(以下簡稱測發(fā)控系統(tǒng))是運載火箭的重要部分，用以實現(xiàn)運載火箭在分系統(tǒng)、全箭綜合試驗及發(fā)射場飛行整體測試，最終實施點火發(fā)射功能，為此實現(xiàn)該系統(tǒng)設備集成、流程優(yōu)化、縮短周期具有重要意義[1]。近年來要求運載火箭發(fā)射周期日趨縮短，測發(fā)控系統(tǒng)相關工作周期從目前25天左右要壓縮到7天左右，原來使用的測發(fā)控系統(tǒng)已無法實現(xiàn)快速、可移動發(fā)射要求，形成了技術上障礙。

為解決障礙，滿足快速、可移動發(fā)射要求，需要在原有的測發(fā)控系統(tǒng)上做出突破。我們經過對國內、國外測發(fā)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和當今集成技術、控制技術、移動結構方式進行多年分析和研究，經過精心設計，現(xiàn)已研制出新型測發(fā)控系統(tǒng)，達到當前我國航天運載火箭的快速、可移動發(fā)射要求。該系統(tǒng)經過模擬與合練整個試驗過程運行，性能穩(wěn)定，其功能和指標達到設計要求。

1系統(tǒng)結構要求

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成圖

工作流程:即要求設備撤收時間≤4 h、技術和發(fā)射場區(qū)二地轉運時間≤4 h。測發(fā)控系統(tǒng)整體硬件設備要求在常規(guī)公路、場坪上便捷轉運。即要求整體設備具備裝、卸方便，運輸快捷。測發(fā)控系統(tǒng)整個硬件設備要求快速展開、恢復、撤收。即要求系統(tǒng)之間連接簡便，接口集中、方便連接快速操作。

系統(tǒng)在環(huán)境溫度：-45～+55 ℃、+40 ℃相對濕度為(95±3)%下，設備操作環(huán)境：15～+25 ℃。 系統(tǒng)環(huán)境電磁屏蔽：衰減≥40 dB，即在150 K～10 GHz頻段下，衰減≥40 dB。

2結構設計與技術問題

1)硬件設備總計：61余臺(個)、線纜：140余根，無法達到設備撤收時間≤4 h、技術和發(fā)射場區(qū)二地轉運時間≤4小時要求。

2)以往系統(tǒng)不具備整體硬件設備便捷轉運，更不具有裝、卸方便能力，受制于當時設計與制造集成能力的限制。

3)以往系統(tǒng)是由眾多機柜、大量電纜連接而成，在系統(tǒng)合成中沒有充分考慮連接簡便方便上的操作性。

4)以往系統(tǒng)是安放在固定建筑室內，工作環(huán)境依靠建筑體內溫度調節(jié)機組來提供、保證；使用移動小環(huán)境方艙尚沒有工程的先例。

5)設備安裝體含連接器孔口板、門窗孔口、空調孔口等，所有孔口的連接區(qū)域都使外界電磁源對內產生影響，以致通常無法達到≥40 dB的要求，達不到系統(tǒng)工作環(huán)境條件。

3方案實現(xiàn)和關鍵技術解決

1)使用設備集成設計原理，解決硬件設備和線纜多，滿足系統(tǒng)移動、快速、簡易要求，滿足系統(tǒng)設備撤收時間≤4 h、技術和發(fā)射場區(qū)二地轉運時間≤4 h要求，經過研究和制造技術上反復論證，做出以方艙作為集成平臺[2]的設計方案，系統(tǒng)設備高度集成在兩個方艙內，以實現(xiàn)系統(tǒng)撤收時間≤4 h、場區(qū)轉運時間≤4 h要求[3]。如圖2、圖3所示。

圖2　后端電氣集成方艙　　　　　圖3　前端電氣集成方艙

2)由于受空間區(qū)域制約，81余臺硬件設備是無法置于二個艙內空間，帶來困難。為此采取了優(yōu)選專用體形小、功能強設備，并使用了集成優(yōu)化設計；在地面電源設計中，采取了小型化設計技術，做到兩組直流電源的主、副機結構體放置在一個機柜；針對中頻電源，研制設計出了數(shù)字化中頻逆變電源， 其結構體形比傳統(tǒng)減小2/3體積，做到低噪音、效率高。

3)針對電纜連接走向、布置進行了研究分析，以設備體來走電纜、電纜連接器孔口壁板近離大部分電纜出口為設計原則，優(yōu)化出方艙二側孔口壁板位置的要求。并使孔口壁板方便連接器操作，該板結構設計改變了常規(guī)形狀，設計出新型折彎壁板見圖4所示。

圖4　折彎壁板形狀示意　　　圖5　冷凝水下滴集水盤

4)受到鐵路、公路運輸、車輛等制約，使用頂置薄形空調來做環(huán)境應用設備，由于設備使用地環(huán)境溫大，加上空調冷風出口的風葉形狀，當冷風出口與艙內溫度差≥15 ℃時，風口周邊就產生凝水下滴，在凝結大于蒸發(fā)下，凝結水滴會掉進機柜，會造成系統(tǒng)故障甚至毀壞設備。為此專門設計了冷凝水引流托盤，使水滴在盤中自然平衡、蒸發(fā)掉，如圖5所示。

艙體因有孔口板、門窗孔口、空調孔口等，這均外界電磁場源最容易輻射至艙內薄弱環(huán)節(jié)，電磁屏蔽無法做到≥40 dB要求，為此經過研究、分析，采取了多種電磁屏蔽設計技術：使用嵌口結構設計，并使嵌口表面周圍進行導通和金屬絲充填物處理，使之同電位，如圖6所示。

圖6　嵌口結構圖　　　　圖7　波導器示意圖

對頂置空調大口徑區(qū)域采取了波導器進行處理，最大限度對連接口區(qū)域進行電磁場抑制，其結構成型如圖7所示。

EMC工程實際檢測為45 dB，達到系統(tǒng)電磁屏蔽要求指標。

5)方艙設備集成，在通過對設備操控性、艙體空間特證、要素研究分析，依據(jù)人機工程原理來實施各項設計工作，以求得到最優(yōu)設備操控性和視覺廣度，確定前、后艙體總布局，做到設備操作、安裝、維護的便捷、方便；如圖8、9所示。

圖8　前端電氣艙　　　　　　　圖9　后端電氣艙

6)降低設備工作場坪環(huán)境中電磁場影響，在線纜布置上采取了強電線纜、弱電線纜分開且分別走入電纜金屬線槽內進行固定，在線槽上方加蓋金屬槽蓋，做到良好屏蔽與固定作用，艙內地板使用防靜電地板，線纜布置如圖10所示。

圖10　強、弱電線纜槽布置圖

4結論

新型方艙是首次在新一代運載火箭測發(fā)控系統(tǒng)中運用，該系統(tǒng)在2015年的型號工作中獲得成功，其工程指標達到新一代快速、發(fā)射運載火箭要求。其外觀如圖11所示。

圖11　新型測發(fā)控系統(tǒng)外觀

2個標準方艙集成的該系統(tǒng)具有快速移動能力，其功能和操作性達到型號總體測發(fā)要求，可運用于今后火箭的快速、移動測發(fā)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)集成設計技術和模式與解決問題的方法，為今后運載火箭測發(fā)系統(tǒng)設計、開發(fā)、使用創(chuàng)造了新的途徑和設計方法[4]，可使用在以后相關系統(tǒng)設計工作中。新一代快速、發(fā)射運載火箭的新型測發(fā)控系統(tǒng)采用火箭總體測發(fā)體制、精簡系統(tǒng)布局、縮短測發(fā)流程、使用方艙、設備集成先進技術，確保在測發(fā)可靠性前提下，實現(xiàn)了測發(fā)設備方便轉運[5]，滿足運載火箭快速簡易測發(fā)需求；系統(tǒng)的研制成功，實現(xiàn)了航天裝備(各類空間載荷)能夠快速發(fā)射、進入空間目標，該系統(tǒng)技術應用前景廣闊。

參考文獻：

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[5] 宋秀蘭,等.軍用方艙通用規(guī)范[S].總裝備部， GJB6109-2007:5-8.

New Type of Measuring Control System Application Structure Research

Yuan Qixiang，Xu Xin

(Shanghai Institute of Aerospace Computer Technology，Shanghai201109,China)

Abstract:The space and equipment into the rapid launch of the space, the thickness control system proposed is convenient, mobile requirements. Currently active carrier rocket measuring control system state is complex, difficult to move, has not adapt to the development of the current space equipments quickly into the space. Therefore put forward a new type of portable measuring control system application structure mode. The pattern to follow the principle of equipment integration, by using the square cabinet, cable laying, advanced man-machine engineering optimization design idea and method for measuring the requirement of control system is rapid, portable, and solve the problems existing in the system is original. Through long-term research on the structure of the system application work, developed by adopting "equipment integration, cable laying, man-machine engineering optimization, the square as a platform" advanced technology, such as new mobile rapid measuring control system application structure system, for the realization of the system requirements for rapid, portable provides technical basis. After engineering using the system, which can realize the fast simple new generation carrier rocket test control target.

Keywords:fast launch of ground test launch and control system; equipment integration; centralized cable laying; man-machine engineering optimization;shelter structure platform.

文章編號：1671-4598(2016)02-0190-02

DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.02.052

中圖分類號：TP391.9

文獻標識碼：A

作者簡介：袁企鄉(xiāng)(1958-),男，大學，工程師，副主任設計師，主要從事機電結構集成。

收稿日期：2015-10-29；修回日期：2015-12-01。

俆昕(1980-)，男，上海人，工學碩士，某型號副主任設計師，主要從事測量與控制技術。