致敬中国航天人——“长征七号”测量控制技术大盘点

6月25日，我国新一代中型运载火箭——长征七号火箭在海南文昌航天发射场点火升空，并拉开了我国载人航天工程空间实验室任务的序幕。长征七号火箭的首飞成功，标志着我国新一代运载火箭研制取得重大突破，将大幅提升我国进入空间的能力。

仪控工程网小编盘点了“长征七号”的四大系统和相关测控技术，大家一起来看看吧。

一、操作系统：银河麒麟（Kylin）替换Windows系统

据悉，“长征七号”首飞发射采用的一体化综合指挥信息系统（ICS），包括显示终端、网络交换设备、操作系统、数据库、指挥显示软件等在内，从硬件到软件都采用国产设备和产品，也就是该指挥信息系统首次全实现了面国产化，打破了我国的ICS系统长期被Windows版本垄断的局面。

此次“长征七号”一体化综合指挥平台（ICS）使用的系统是由国防科技大学、中软公司、联想公司、浪潮集团和民族恒星公司合作研制的开源服务器操作系统--银河麒麟（Kylin）。此操作系统是863计划重大攻关科研项目，目标是打破国外操作系统的垄断，研发一套中国自主知识产权的服务器操作系统。是我国研发的高安全、跨平台、中文化（具有强大的中文处理能力）的操作系统。

二、数字化管理系统

长征七号是中国第一种使用全数字化设计和制造模式的运载火箭，因此又被称为“数字火箭”。它将成为中国未来中型运载火箭的基本构型，并和衍生型号承担起中国未来大部分航天发射任务。

数字火箭的数字化体现在什么方面呢？长征七号从设计、制造、试验到管理的全过程都使用数字化管理。数字化设计最为直观，简单地说就是通过数字化建模和仿真建立火箭的三维数字模型，实现用数字模装代替实物模装，进行火箭的装配和接口协调工作。这样的三维数字模拟装配检验，可以节省大量的人力物力，缩短研制周期。

举例来说，长征七号火箭助推器研制过程中，就通过数字化预装配发现了环管和框支架的干涉问题，及时反馈到设计部门，而传统研制流程下只有等到实际装配才能发现这样的问题，届时环管返工重新设计，不可避免会拖累到火箭设计试验的进度。

数字化制造技术可以在保证质量和降低成本的同时，大大减少设计和生产协调的麻烦，提高火箭总体的研制效率。长征七号火箭的整流罩就使用了数字化制造技术，它是中国研制的第一个没有实物模装的整流罩，整流罩三维设计文件下厂后直接生产，最终整流罩与地面设备完全吻合，没有任何质量问题。

数字化仿真对火箭的研制试验同样大有裨益，长征七号火箭助推器曾进行数字化仿真试验，提前发现了火箭伺服机构安装时空间不足的问题，从而有充裕的时间制作工装，简化了伺服机构的安装。要知道，制作工装至少要20天，如果没有数字化仿真提前发现问题，而是安装时再发现问题，研制进度必然大受影响。

长征七号火箭的全数字化，也有力推动了中国航天工业的数字化设计制造，为未来多快好省的研制更先进的运载火箭奠定了基础。

（震撼！火箭运输、组装、吊装、发射全过程视频）

三、动力控制系统

长征七号运载火箭在控制上采用高压补燃循环无毒无污染液氧煤油发动机，这是一种全新具有大推力120吨液氧煤油火箭发动机，采用了最先进的高压补燃循环系统，在性能上与环境上都取得了较大的效益。次控制系统能使火箭成功发射又不会过度超重，动力系统往往在火箭发射中占据着十分重要的地位。

长征七号起飞重量597吨，运载能力达到近地轨道13.5吨、太阳同步轨道5.5吨。如此一个庞然大物，却要精准地将有效载荷送至几百公里外的太空，可以说火箭控制系统居功至伟。

另外，航天九院箭载计算机和惯性导航设备，构成了火箭控制系统的最核心、最关键的组成部分，担负着确保火箭精确入轨的重任。

此次长征七号的动力系统将控制、测量结为一体，实现了火箭与动力系统一体化进程，保证了此次长征七号的成功发射。

四、综合控制系统

“火箭的大脑”：箭载计算机

“长七”火箭的“大脑”——箭载计算机由九院771所负责研制。作为创造了我国计算机和集成电路发展史上“39个第一”的大型专业研究所，771所突破多项技术难题，使“长七”箭载计算机成为名副其实的国内运载火箭史上最强“大脑”。

一是指令级同步，实现“大脑”更加精准的控制。在传统三模冗余设计的基础上实现了指令级同步技术，可以将“大脑”发出的指令之间的误差由原本的微秒级降低至纳秒级，实现更加精准的控制。

二是1553B总线监控技术，监控“大脑”的运行状态。1553B总线监控技术，可以实现对处理器的所有访问及总线上的所有数据的监控，采用该技术可以使控制系统在不修改飞行程序控制流程的情况下获得更多原始数据，及时有效地发现系统中存在的隐患问题，为系统的故障定位提供判定依据。

三是高速数据交换技术，提高大脑的运行效率。速率陀螺数据并行录取技术，将原来十次串行录取的数据变成一次并行录取；箭地高速串行通信技术，解决了传统总线传输速度慢、传输距离短、长线传输可靠性低的固有问题，传输速度提高了两个数量级；协议双端口存储单元技术，解决了异步设备间的数据交换问题，节省了数据录取与交换的时间开销。通过上述技术的应用简化了飞行软件的设计复杂度，提高了大脑的运行效率。

四是使用FPGA芯片，为大脑“减负”。在以往箭机设计中，大量使用专用集成电路芯片，如此一来，元器件的品种、数量较多，使得箭机的体积、重量、成本难以下降，可靠性、可维护性成本也较高。“长七”箭机研制团队使用FPGA芯片，可将很多专用集成电路芯片的功能通过软件编程实现，这样就降低了元器件的数量，既减少了箭机的体积，又降低了箭机的重量，同时也节约了箭机的成本，还提高了系统的可靠性。

火箭的嘴巴：天基测控技术

天基测控技术具有测控覆盖范围广、测控数据传输实时性强等优点，在航天测控领域应用越来越广泛。704所为“长七”火箭配套的S频段中继用户终端，是天基测控技术的首次应用。它由中继测控终端及相控阵天线组成，负责运载火箭飞行过程中天基返向遥测数据传输任务，主要功能是接收火箭平台发送的姿态及轨道等信息，完成箭载遥测数据回传的任务。

火箭的脉络：智能传感系统
长征七号取得了航天器跟踪测轨、遥测信号接收与处理、遥控信号发送等相关的电子系统的革新，全新技术保证了长征七号在发射完毕之后的运转。传感技术研发能保证这些系统的完美运行。
长征七号的信息传输好比人体的神经传输，担负着感应、传导的重要作用，信息传输速度的快慢，决定着飞行器控制系统制导精度和飞行稳定性。全新的光纤传感技术可以为飞行器大系统的信息化、智能化奠定了坚实的基础。

火箭的眼睛：卫星定位接收机

九院704所为“长七”火箭配套了卫星定位接收机。作为箭上测量系统的重要部分，接收机为火箭提供高精度位置信息，与惯性导航设备进行主动段组合导航，构成了火箭的“方向盘”和地面测量系统的“千里眼”，对火箭高精度入轨和地面测量系统掌握火箭运行情况起到关键作用。该接收机成功突破北斗导航卫星信号快速捕获、高精度测距、高精度定位测速等关键技术，极大地提高了定位精确度及可靠性。

火箭的手和脚：仪器仪表

在长征七号运载火箭中，九院704所共研制了700余台/件用于测量和控制液位、温度、热流、压力、流量、位移、振动等的传感器、变送器、仪表。它们像一个个高度警惕的“哨兵”, 遍布于火箭的每一个部位,监测火箭的每一个状态, 并将这些工作状态参数变为电信号传递出来,并进行自我调整，为火箭的安全飞行保驾护航。 

太空无垠，探索无限。对中国航天而言，每一个新高度都是一个新起点。广袤的太空将会出现更多、更活跃的中国身影，让中华民族的梦想飞得更高、更远……