1. 概述
【儀器儀表商情網(wǎng) 行業(yè)前瞻】隨著中國航天事業(yè)的發(fā)展,航天儀器儀表技術(shù)發(fā)展得到國家有關(guān)部門和單位的大力支持,為導彈、火箭、衛(wèi)星、飛船及地面試驗等配套了大量的儀器儀表,形成了相對完整的研究、開發(fā)、應用體系。如導彈、運載火箭測控系統(tǒng),經(jīng)歷了手動、頂序程控、計算機控制、CAMAC總線、VXI總線、1553B總線為特色的發(fā)展過程,形成了目前單板機、單片機、DSP芯片為核心的模塊化儀器的開發(fā)與應用,以CAMAC、VXI測試總線為標準,采用FPGA技術(shù),設(shè)計開發(fā)了CAMAC、VXI通用、專用系列模件,P淚、PCI總線的系列模件也在開發(fā)中。
航天儀器儀表主要包括以下兩類:
航天測控儀表:導彈、火箭、衛(wèi)星、飛船發(fā)射及飛行過程中的各系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與控制傳感器及儀表;地面試驗用的數(shù)據(jù)檢測、采集、記錄處理儀器儀表。
航天慣性儀表:導彈、火箭、衛(wèi)星、飛船等用的慣性制導、導航、姿態(tài)測量、穩(wěn)定用的陀螺儀、加速度計及由它們構(gòu)成的儀器儀表;地面定位、定向及尋北、對準用的慣性儀表等。
航天儀器儀表的特點是高精度、高可靠、小型化,適應航天各種惡劣使用環(huán)境。近年來,正在加速向數(shù)字化、智能化、集成化方向發(fā)展。
2. 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及問題
國外兩個航天大國美國和俄羅斯(前蘇聯(lián))的航天儀器儀表技術(shù)代表了國際航天儀器儀表技術(shù)的發(fā)展水平,不僅應用的數(shù)量、種類多,而且技術(shù)先進。例如,美、俄的航天飛機和飛船都配套了3000只以上的傳感器;航天慣性儀表已研制出三代、十余類、上千個品種規(guī)格。從海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭到伊拉克戰(zhàn)爭高精度武器的大量使用,充分表現(xiàn)了現(xiàn)代航天儀器儀表技術(shù)的特點是高可靠、小型化、高精度、智能化、數(shù)字化。
國內(nèi)航天儀器儀表經(jīng)過四十年發(fā)展,形成比較完整的研究開發(fā)和應用系統(tǒng),具備了相當規(guī)模的生產(chǎn)能力,基本滿足航天產(chǎn)品的需要。同時還用于海、陸、空等軍用或民用領(lǐng)域,其整體技術(shù)水平在國內(nèi)處于先進地位。
為使航天儀器儀表技術(shù)能夠充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢,更好地為國民經(jīng)濟建設(shè)服務,航天科技集團公司近年來在立足航天應用的同時,開始注重在其他領(lǐng)域的應用,并逐步開始開展產(chǎn)業(yè)化工作。由航天科技集團公司自主開發(fā)完成的磁致伸縮液位及位移測量系統(tǒng)和濺射薄膜壓力測控儀表,不但用于二十多個航天型號,而且可廣泛應用于石油、化工、紡織、機械制造、環(huán)保等行業(yè),在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。2002年國家提供了產(chǎn)業(yè)化貼息貸款。其產(chǎn)業(yè)化的目標就是要全面替代進口產(chǎn)品,實現(xiàn)國內(nèi)市場60%的占有率,同時打入國際市場,樹立民族優(yōu)質(zhì)品牌的形象。
3. 發(fā)展戰(zhàn)略目標和意義
在2020年,航天儀器儀表的發(fā)展戰(zhàn)略是:以航天型號需求為牽引,以產(chǎn)業(yè)化應用為目標,大力發(fā)展航天儀器儀表技術(shù),為國民經(jīng)濟建設(shè)和裝備制造業(yè)現(xiàn)代化服務。發(fā)展目標如下:
☆確保新型航天型號的高可靠、小型化、高精度、智能化、數(shù)字化的需求;
☆拓展航天儀器儀表在軍、民用領(lǐng)域的應用范圍,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,建設(shè)以航天高科技為主導的、具備規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化基地;
☆航天儀器儀表要趕超世界先進水平,替代進口產(chǎn)品,打入國際市場;
☆建設(shè)一支素質(zhì)高、水平高,具備航天精神的專業(yè)人才隊伍。
4. 重點發(fā)展的前沿和關(guān)鍵技術(shù)
4.1 航天測控儀表
4.1.1 重點發(fā)展前沿
☆ 小型機電一體化MEMS儀表。如,小型光學敏感器、壓力、過載、振動、角速率、噪聲(麥克風)等儀表。重點解決新型航天微型儀表結(jié)構(gòu)及數(shù)字量敏感結(jié)構(gòu)的制造技術(shù),以及實現(xiàn)航天測控儀表的更新?lián)Q代。
☆ 綜合智能化儀表。如,多參數(shù)綜合處理故障自診斷儀表。使航天測控儀表實現(xiàn)智能化,具備自診斷、自調(diào)整、自補償?shù)墓δ?并且實現(xiàn)微智能儀表。
☆ 多用途數(shù)字化儀表。如,數(shù)字量諧振敏感儀表及數(shù)字化通訊儀表。使航天測控儀表能夠適應航天飛行測量體制向數(shù)字化總線制的發(fā)展,實現(xiàn)完全數(shù)字量信號處理及傳輸。同時,地面儀表實現(xiàn)高速度、大容量及數(shù)字化。
☆ 航天特殊參數(shù)儀表。如,高g沖擊、大沖擊下低頻振動、燒蝕、泄漏、火焰等測量儀表。
☆ 虛擬儀器。利用計算機技術(shù),由用戶自己設(shè)計、自己定義,儀器信號處理的功能主要由軟件來實現(xiàn)。
☆ 網(wǎng)絡儀器。計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)與儀表技術(shù)相結(jié)合,擴展面向Web技術(shù)及面向傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)絡協(xié)議(TCP/IP)、瀏覽器和嵌套服務器應用,使現(xiàn)場變送器或儀器直接具有Intranet/Internet功能。
4.1.2 關(guān)鍵技術(shù)
☆ 多信號信息融合技術(shù);
☆ 數(shù)字化技術(shù);
☆ 機電一體化的MEMS技術(shù);
☆ 光機電一體化技術(shù)。
4.2 航天慣性儀表
4.2.1 重點發(fā)展前沿
☆ 高精度、高可靠陀螺儀、加速度計及慣性平臺;
☆ 小型化、高可靠光纖、激光陀螺儀及慣性捷聯(lián)組合;
☆ 小型化、高可靠、長壽命陀螺儀;
☆ 小型化、高精度石英、硅加速度計;
☆ 微機電慣性儀表。
4.2.2 關(guān)鍵技術(shù)
☆ 儀表精密磁懸浮技術(shù);
☆ 保偏光纖技術(shù);
☆ 大功率、高穩(wěn)定光源技術(shù);
☆ 高質(zhì)量鍍膜技術(shù);
☆ 長壽命軸承技術(shù);
☆ 石英及硅材料精密加工技術(shù);
☆ 微機械加工技術(shù)及微機電儀表集成技術(shù)。
4.3 航天儀器儀表的產(chǎn)業(yè)化
自“七五”以來,國內(nèi)儀表研究包括航天儀器儀表取得許多創(chuàng)新性研究成果。在2020年儀器儀表發(fā)展規(guī)劃中,應該對于產(chǎn)業(yè)化給予足夠的重視。
4.3.1 航天測控儀表的產(chǎn)業(yè)化,
☆ 磁致伸縮液位及位移測量系統(tǒng)和濺射薄膜壓力測控儀表;
☆ 航天MEMS測控儀表,如壓力、加速度計等。
4.3.2 航天慣性儀表的產(chǎn)業(yè)化
☆ 小型化、高可靠光纖、激光陀螺儀;
☆ 小型化、高精度石英、硅加速度計;
☆ 微機電慣性儀表等
5. 分段實施的步驟和方案
5.1 航天測控儀表
5.1.1 2005年
開展新型航天MEMS測控儀表微型結(jié)構(gòu)先進加工技術(shù)的研究,航天特殊參數(shù)測量技術(shù)研究,以及測控儀表智能化、數(shù)字化技術(shù)的研究。完成磁致伸縮液位測量系統(tǒng)和濺射薄膜壓力測控儀表產(chǎn)業(yè)化工程的建設(shè),形成年產(chǎn)10萬只磁致伸縮液位及位移傳感器、5萬只濺射薄膜壓力測控儀表的能力。同時開展MEMS測控儀表產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)工作。
5.1.2 2010年
完全成熟航天MEMS測控儀表技術(shù),實現(xiàn)航天測控儀表智能化、數(shù)字化,實現(xiàn)更新?lián)Q代,并應用于信息化武器裝備。MEMS測控儀表實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。完全實現(xiàn)磁致伸縮液位測量系統(tǒng)和濺射薄膜壓力測控儀表的產(chǎn)業(yè)化,替代進口產(chǎn)品,形成國內(nèi)大型研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、試驗基地。
5.1.3 2020年
建成以航天高科技為主導的測控儀表產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基地。隨著新型航天飛行器的開發(fā)研制,航天測控儀表將開展深空深測、微型控制執(zhí)行機構(gòu)、智能網(wǎng)絡測量系統(tǒng)、三維敏感系統(tǒng)等新應用領(lǐng)域的研究工作。
5.2 航天慣性儀器儀表
軍民兩用慣性儀器儀表發(fā)展實施步驟建議:
產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品 應用領(lǐng)域 2005年前后 2010年前后 2020年前后
車載導航定位、定向儀 各種軍用、民用車輛 采用光學陀螺、石英加速度計組成年產(chǎn)**套以上 采用微固態(tài)的慣性儀表組成（低成本）
年產(chǎn)**套左右 采用MEMS技術(shù)、集成一體化（微功耗、小體積）
年產(chǎn)**套左右
地下、水下定位定向儀 鉆井、隧道工程，水下救撈、測量及建設(shè)工程 采用小型高可靠撓性陀螺、石英加速度計年產(chǎn)**套以上 采用光學陀螺、硅加速度計年產(chǎn)**套左右
陀螺指北儀 軍用、民用測量及建設(shè)工程 采用機械螺 采用光學蛇螺
吊艙穩(wěn)定裝置 氣球、直升機 采用微固態(tài)陀螺
定位定向手機 單兵、戰(zhàn)斗小組、探險、登山等 采用微機電慣性儀表與其它定位信息組合、集成一體化的微慣組構(gòu)成
