【加速度|揭秘：打造助力火星探测任务的加速度计总共分几步】
图片来源：央视新闻客户端
撰稿：唐新培
随着天问一号探测器成功完成火星表面着陆 ， 火星车正式踏上火星表面 ， 中国航天科工三院33所研制的加速度计也再次经受住了严苛的考验 ， 忠实履行了加速度信息测量的重任 。
作为宇航任务的“常客” ， 中国航天科工三院33所石英挠性加速度计本次主要有两项任务 ， 一是搭载于着陆巡视器 ， 为其上的GNC（制导导航与控制分系统）提供加速度信息 ， 确保自主惯性导航精度 ， 为安全平稳着陆提供重要技术支撑；二是搭载于火星车上 ， 实时“感知”运动过程中的姿态信息 ， 从而为火星车安全平稳地巡视火星表面保驾护航 。
本次执行任务的加速度计与此前在神舟系列飞船、探月工程等任务中拥有上佳表现的产品属同一系列 ， 其技术实力国内领先 。 在设计方案上 ， 保持了对温度控制、密封等环节的严密把控 。 技术人员透露 ， 此次任务前 ， 为了一探自身产品的工作潜力 ， 特意模拟火星环境对加速度计进行了低于零下100摄氏度的工作测试 ， 在这远超正常工作温度的环境下 ， 加速度计依然能够提供测量数据 。
那么 ， 打造一个能够持续胜任各类宇航任务的加速度计到底要经历哪些过程呢？今天我们就来一探究竟 。
首先是加工出合格的摆片 。 石英挠性加速计内部有一块可以在特定轴向“肆意”摆动的石英片 ， 为了让这个与普通玻璃基本类似的圆片能够做到这一点 ， 对其进行特殊的“雕刻”必不可少 。 经过多次极其精密的雕琢之后 ， 最薄的“梁”仅有头发丝粗细的三分之一左右 。 工作人员表示 ， 由于摆片今后的摆动幅度基本就在这个大小范围内 ， 哪怕是衣物纤维、人体皮屑都会让摆片丧失功能 ， 所以 ， 加工环境和清洗洁净度的要求就不言而喻了 。
接下来是完成摆组件 。 摆组件是在摆片的上下两面安装经过精密绕制的线圈而成 。 6层200多圈的铜线密密匝匝环绕在金属环上 ， 这看似常见的操作其实大有讲究 。 因为 ， 加速度计是高度对称的结构 ， 这也就意味着线圈的绕制必须近乎完美 ， 不能乱 ， 不能斜,且上下两个线圈重量之差不能超过0.3毫克 ， 几乎只相当于一根3厘米长的头发丝的重量 ， 安装之后 ， 要形成高度对称的结构 。 技术人员表示 ， 线圈这种加工要求必须借助专用的设备完成 ， 人工绕制成功的可能性基本不存在 。
同时开展的步骤是加工装配力矩器 。 由于石英摆片具有极高的平行度、平面度 ， 与之匹配的金属材质的力矩器表面同样需要达到极高的加工精度 ， 遗憾的是 ， 对于这种要求 ， 一般的数控机床也无能为力 。 令人没想到的是 ， 一向被认为只能作为粗加工的人工研磨恰恰能够解决这一问题 。 由大国工匠、中国质量工匠巩鹏发明的“巩氏研磨法” ， 实现了加速度计力矩器金属表面精度达到头发丝粗细千分之三的水平 ， 而且成品率达到99％以上 ， 相关技艺在央视等平台展示后 ， 引起广泛关注 。
第四步是完成组装 。 加速度计的组装类似制作三明治 ， 两个力矩器 ， 中间夹着摆组件就构成了产品的核心结构 。 然而 ， 这一装配过程除了要在对环境要求极高的百级间完成外 ， 还对装配人员的经验、手法要求极高 。 有经验的装配人员能够在0.2毫米大小的范围内对装配的细节进行再调整 ， 从而让产品尽可能地接近理想的状态 。 当然 ， 完备的检测手段也必不可少 ， 那些在技术人员眼中输出“丑陋”曲线的产品会被毫不留情地废弃掉 。
第五部是开展各类筛选实验 。 到了这一步 ， 这些新鲜出炉的产品才会迎来“炼狱”般的考验 ， 其中包括循环往复的温度试验 ， 适应应用环境的高量级冲击试验 ， 以及振动、温度双项组合的老化试验等等 ， 这些产品必须闯过所有的关卡 ， 才有资格进入备选的行列 ， 而那些有幸成为火星探测任务产品的加速度计还得经受除此之外的特殊“照顾” 。
对于航天技术人员来说 ， 每一个步骤的精益求精 ， 甚至吹毛求疵 ， 只为打造出最优秀、最合格的产品 ， 没有什么比看着亲手打造的产品成功完成使命更加令人宽慰 ， 没有什么比中国航天的一次又一次成功更加让人骄傲 。
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