揭秘天舟七号:噪声试验“指挥家”的成长路

2024年1月17日22时27分,天舟七号货运飞船发射成功、奔赴苍穹,将为中国空间站带去生活和工作物资,为空间站应用与发展阶段运营提供全方位保障,责任重大,万众瞩目。

在发射阶段,天舟七号货运飞船将经受火箭发动机产生的巨大噪声带来的考验。为了保证发射任务的圆满成功,飞船在地面研制阶段进行了噪声试验的考核,它的“考场”就是由航天科技集团五院总装与环境工程部打造的2163立方米的混响室,“考卷”则是由噪声试验控制系统这位优秀的“指挥家”指挥低、中、高频喇叭组成的“合唱团”模仿火箭起飞升空时发出的噪声。在这次“考试”中,天舟七号货运飞船交出了满分答卷。尤其值得一提的是,天舟七号货运飞船噪声试验是总装与环境工程部自主研制的最新一代噪声试验控制系统在载人航天任务中的“首秀”。

然而,培养一位优秀的“指挥家”并非易事,由航天科技集团五院总装与环境工程部自主研制的噪声试验控制系统经历了三十多年的发展,如今已升级到第三代,性能达到了国际先进水平。这从无到有、从有到先的时代性跨越,离不开一代代航天人的薪火相传、接续奋斗。

第一代:艰难探索,从无到有

第一代噪声试验控制系统伴随着我国东方红卫星的研制艰难起步,在神舟飞船试验中崭露头角。当时,技术人员在一穷二白的条件下克服了专业知识不足、技术手段匮乏、生活物资贫乏等诸多困难,凭借着艰苦奋斗、求真务实的精神,实现零的突破。

20世纪90年代各种资料缺乏、文档查阅不便,也没有成熟经验可循。在系统开发过程中遇到问题就只能依靠自己的智慧来解决:声试验理论基础不够,就一起学习课本;控制算法不清,就一起推导公式;硬件性能受限,就一起寻求软件优化的方法。大家为了开发工作,经常一起讨论一整天,都忘了吃饭。

在1994年,技术团队终于开发出了多输入单输出噪声试验控制系统,应用于单一声源的混响室,实现了航天器噪声试验声场自动控制从零到一的突破。团队再接再厉,又攻克了一系列技术难题,成功实现了对神舟一号飞船的噪声试验考核,为神舟飞船叩响寰宇保驾护航。

第二代:战略升级,时不我待

进入新世纪,随着新一代的硬件能力大幅提升,国际上航天器噪声试验推出新的更为精细化控制的试验标准。为此,技术人员对噪声试验控制系统进行了升级换代,提出了全新的硬件和软件架构设计,重新编写核心代码和GUI人机交互界面,大幅度提升了控制精度,成功研发出第二代噪声试验控制系统。

2002年3月,第二代控制系统首次启用,顺利完成了卫星太阳翼的噪声试验。第二年,在神舟五号载人飞船的噪声试验“大考”中,该控制系统也表现优异,为我国首次载人航天飞行任务的圆满成功作出了卓越贡献。这套系统还成功“走出去”,在国内兄弟单位的混响室试验系统中大显身手。

第二代控制系统是噪声控制系统里程碑式成果,为我国载人航天、深空探测等重大工程任务作出了巨大贡献。20年间,神舟系列飞船、天宫实验室、天舟系列货运飞船、北斗导航卫星等都是在这套系统的“指挥棒”下完成的噪声试验,这套系统伴随着中国航天奋斗一直到2023年夏天,终于迎来了更为优秀的继任者。

第三代:追求卓越,志争一流

随着航天器产品任务的不断发展,噪声控制精度要求越来越高,试验难度日渐增大,特别是天舟系列货运飞船在体积、重量、表面积上比神舟系列飞船大很多,吸声多,声反射更加不规律,要形成精准的声场更加困难。

新一代航天人着眼实际需求,发扬载人航天精神,秉持传承前辈的优良作风,把多年在声试验领域的应用经验充分运用,原创性地提出了一系列技术,系统控制精度与国外设备能力相当,频率分析范围扩大一倍。

经过近三年的不懈努力,第三代噪声试验控制系统终于调试成功,并在多个混响室中控制良好。在经过多个大部件、整星试验任务后,终于在2023年的天舟七号货运飞船噪声试验任务中正式“上岗”亮相,以其精准的噪声控制满足了试验大纲要求,试验取得圆满成功。

第三代噪声试验控制系统的研制也是市场化的生动实践,开发初期就以市场化的标准开发,硬件的配置、外观的工业设计,软件界面的工业化风格、加密的算法,都是按照市场上的商用系统进行开发。该系统也于短时间内就实现了产品的市场化推广应用。

文/广州日报·新花城记者:肖欢欢 通讯员:于丹、晏廷飞 

图/广州日报·新花城记者:肖欢欢 通讯员:于丹、晏廷飞 

广州日报·新花城编辑 张丹


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