10月31日下午，夢天實驗艙成功發射，這意味著屬于中國人的第一個空間站將完成在軌建設！

從2011年，我國發射天宮1號開始，歷時11年時間，屬于中國人的天宮空間站終于完成了在軌建設！進入新的篇章。

值得自豪的是，中國天宮空間站上的每一個部件都是100%國產！

10月31日，搭載空間站夢天實驗艙的長征五號B遙四運載火箭，在我國文昌航天發射場點火發射。

夢天實驗艙成功發射意味著什么?

意味著中國再一次在人類的最高科技領域打破了美國等西方國家的圍堵封鎖！

早在2001年，中國就希望藉與歐洲空間局合作的機會，參與到國際空間站的建設中，并且多次表態希望參與國際空間站建設。

但美國等國家屢次以技術保密、資金短缺等理由拒絕中國的申請。在2011年，美國總統奧巴馬和美國國會通過沃爾夫條款，立法禁止美國國家航空航天局與中國的任何科學或技術交流。

▲中國空間站建設時間表（來源：微博vony7）

因此，中國不得不全面自行試驗研究并開發空間站系統，并在2011年9月發射試驗性空間站——天宮一號。

一次次的友好科研申請，一次次地被拒接，甚至被立法禁止。中國始終憋著一股氣，沒有西方國家的參與，中國人也能造出屬于自己的宇宙空間站！

如今，隨著夢天實驗艙的成功發射，交會對接完成在即，中國人第一個空間站——天宮空間站將完成在軌建設，這意味著中國人的第一個空間站完工了！中國人也造出了屬于自己的宇宙空間站！

▲中國空間站在軌運行效果圖 圖源：人民日報

傳感器在夢天實驗艙等航天器中有多重要？

傳感器在航空航天中有多重要？我們先來看幾個例子：

2010 年，俄羅斯質子-M 火箭發射 3 顆 GLONASS-M 導航衛星，因燃料水平傳感器超差導致加注燃料過量，使火箭“頭部”重量超標，從而導致火箭飛行末期達到速度不夠，未能正確入軌致使 3 顆導航衛星全部葬身于太平洋中。 2018年10月11日一枚“聯盟—FG”型運載火箭從哈薩克斯坦境內的拜科努爾發射“聯盟MS-10”飛船，負責對該火箭助推器與芯一級發出分離指令的一個傳感器工作異常，導致一臺助推器未能及時分離到安全距離，進而引發該助推器撞擊火箭芯一級的燃料箱，致使燃料箱破裂，芯一級損壞，無法繼續執行發射任務。

▲俄羅斯質子-M 火箭搭載3 顆 GLONASS-M 導航衛星發射失敗

傳感器作為航天器的“感官”和“神經”，遍布航天器的各個關鍵部位，是確保測得出、測得準、預測對、診斷靈，保障任務成功率的有效手段。

例如，運載火箭中的控制系統、動力系統、推進劑利用系統、附加系統、遙測系統，載人飛行器中的故障檢測與診斷系統、艙內環境控制與生命保障系統、逃逸救生系統、航天員艙外活動支持系統和再入式登陸系統等，都離不開傳感器對航天器各關鍵部位工作狀態的準確檢測。

▲問天實驗艙結構示意圖 圖源：火星學會

載人航天器艙內密閉空間由于在軌環境的特殊性，在軌艙內環境監測傳感器對于航天員安全就至關重要。

美國國際空間站就是依靠高靈敏傳感器的火災預警，多次成功避免了國際空間站火災悲劇的發生。

一個航天器，需要多少個傳感器？

國內外各種航天飛行器系統，無一例外，都需要大量各種類型的傳感器，包括壓力傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器、激光傳感器、距離傳感器、位置傳感器、金屬接近開關、慣性傳感器、陀螺儀......

它們在超低溫、強輻射、高真空、高速度等極其惡劣的環境下為航天員的生命安全以及航天器的運行正常提供重要保障。

那么一個航天器需要多少個傳感器呢?

據相關數據顯示，世界上最復雜的航天飛行器——航天飛機，使用的傳感器數量超過了3500只。

歐空局的 Ariane5 火箭上，在研制試驗階段使用傳感器數量 435 只，通常一次飛行測量參數達 570 個，一次技術飛行測量參數達 1100個。

我國航天任務中也大量使用各種類型的傳感器，例如載人運載火箭中，單發使用傳感器、變換器數量達到 600 余只，而新一代大型運載火箭單發使用傳感器、變送器數量更是超過了 1600 只。

▲問天實驗艙結構示意圖

以發射夢天實驗艙的長征五號B運載火箭為例——它有一個昵稱叫“胖五”：

胖五非電量測點有近千個，以低溫為例，低溫傳感器的靈敏度達0.5K，任何風吹草動都會引起它的警覺。所謂非電量測點，就是指溫度、濕度、振動、沖擊等一系列力熱參數測點。參數測量離不開傳感器，用在胖五身上的傳感器耐酷暑抗嚴寒。 據陳勝哲介紹，以溫度傳感器為例，未加注推進劑時，火箭體溫達30度左右，加注推進劑后，火箭貯箱降至零下200多度，0.5k的靈敏度相當于溫度波動0.5度，傳感器都能敏銳感知并生成數據回傳。 這些傳感器在研制階段接受了“千錘百煉”，在選材、地面加載考核、試驗量級制定等方面，設計員沒有最嚴、只有更嚴，每項數據都打出了富余量。

中國“天空”空間站核心艙“天和”號，是空間站的管理和控制中心，負責空間站組合體的統一管理和控制，擁有核心傳感器300多個，測量長達900多路信號，傳感器全部為自主研發，感知、控制著整個空間站的各項數據。

經過以北京遙測技術研究所為代表的國內科研院所長達 60 年的共同努力，國內航天傳感器經歷了由仿制到自制、由少品種到多品種、由結構型到復合型、由低準確度到高準確度的發展歷程。

如今，中國天宮空間站上從傳感器到各種儀器儀表，都實現了100%的全國產化，而本次夢天艙中數十種百余只傳感器，都是中國電科提供。

我國天宮空間站的黑科技，離不開國產傳感器！

黑科技一：“萬里穿針”快速交會對接技術

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術之一，是實現空間站和空間運輸系統的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌服務的先決條件，復雜度高、精準度高、自主性要求高、安全性要求高。為掌握該項技術，我國科研人員接續奮斗了近30年。

神舟十三號載人飛船與中國空間站天和核心艙，實現首次徑向交會對接，主要功臣就是我國航天科工某所自主研制的微波雷達，微波雷達相繼導引天舟二號、神舟十二號、神舟十三號飛船與天和核心艙完成交會對接。

▲在微波雷達引導下，首次載人飛船在太空實施徑向交會對接

本次，夢天實驗艙與天和核心艙的交會對接，將采取與問天實驗艙相似的半自主快速交會對接方式，同樣需要依靠自研國產微波雷達的引導，才能在茫茫太空之中，實現“萬里穿針”。

黑科技二：全球首創可自由移動的空間站機械臂

在美國喜劇《太空部隊》中，有一個名場面被網友津津樂道，就是一個中國的航天器用機械臂剪掉了美國衛星的太陽能板，讓該衛星停機。

▲美劇《太空部隊》場景

現在，實現“抓”衛星的機械臂，已經裝在了中國的天宮空間站上，并且還可以自由移動！

中國空間站機械臂，可用于飛行器的捕獲、輔助航天員艙外活動、艙外貨物搬運、艙體狀態檢查、載荷照料等重要任務，是空間站最具實用價值的工具，其核心是中國航天科技集團公司某所歷時10年研發的3款傳感器，打破了國外企業在該領域的技術壟斷。

其中，六維力傳感器是三款傳感器中結構最為復雜、研制難度最大的一款，能夠同時測量三個方向上的力分量和轉動時的力矩分量；一維力傳感器主要負責機械臂末端執行器在實施目標抓取和拖動功能時，對拖動力進行監測；一維力矩傳感器則用于感知機械臂關節轉動時所承載的力矩，實現整臂的柔順控制。

夢天實驗艙與問天實驗艙有什么區別？

夢天實驗艙主要用于開展空間科學與應用實驗。問天實驗艙主要用于執行生命科學實驗，可以被看作“生物實驗室”。而夢天實驗艙則更像一個“物理實驗室”。

夢天實驗艙主要面向微重力科學研究，配置了流體物理、材料科學等多學科方向的實驗柜，包括：流體物理實驗柜、兩相系統實驗柜、燃燒科學實驗柜、高溫材料實驗柜、超冷原子實驗柜、高精度時頻實驗柜主柜、高精度時頻實驗柜副柜以及在軌維修裝調實驗柜等實驗柜。支持開展重力掩蓋下的材料凝固機理等物質本質規律研究以及超冷原子物理等前沿實驗研究。

在太空實驗當然是看重天空特有的實驗條件。在地表，重力環境下，生命體和物質受到重力作用，物質的某些本質規律可能被重力作用掩蓋，因此在微重力或無重力環境下，或許會有一些意想不到的結果。這些研究成果將幫助我們在地面上的相關學科研究提升效率和質量。

▲夢天實驗艙實驗柜示意圖 圖源：中國載人航天

同時，在天宮二號空間冷原子鐘的基礎上，夢天實驗艙將建立世界上第一套由氫鐘、銣鐘、光鐘組成的空間冷原子鐘組，構成在太空中頻率穩定度和準確度最高的時間頻率系統，如果成功，這將成為太空中最精準的時間頻率系統，數億年誤差小于1秒。并且還將開展引力紅移、精細結構常數測量等前沿的科學研究，推動時間頻率的導航與大地測量等應用。

此外，夢天艙外還安排了材料艙外暴露實驗裝置和元器件與組件艙外通用試驗裝置，用于開展艙外實驗項目。

結語

今天，中國人的第一個太空站——天宮空間站的最后一個核心艙夢天實驗艙成功發射。同時，今天也是我國“兩彈一星”元勛錢學森先生逝世13周年的日子。

文中，我們可以看到，研發六維力傳感器用了10余年，實現全自主空天對接技術用了30年，研發各種航天航空傳感器我們不間斷用了60年。

長期以來，西方國家對我國高科技領域圍追堵截，尤其是涉及國家重大型號工程所需的敏感芯片和傳感器產品，國外一直采取嚴格的限制和禁運措施，尤其是近些年以來，形勢更為嚴峻。

中國科技的進步，是以錢學森等為代表的許多科學家默默付出10年、20年、30年……時間，一點一滴自力更生艱苦研究得來的，致敬！

來源：傳感器專家網（由動感傳感整理，轉載請注明傳感器專家網）