你知道传感器在航天任务中有什么应用吗

　　＂5、4、3、2、1、点火!＂
　　＂雷达跟踪正常！＂
　　＂遥测信号正常！＂
　　＂USB跟踪正常！＂
　　这一串串简单而不平凡的指令
　　曾让我们
　　也常让我们激动不已
　　2021年6月17日9时22分，神舟十二号载人飞船搭载长二F运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，我国载人航天工程空间站在轨建造阶段首次载人发射取得圆满成功。标志着 中国航天迈入空间站时代  。
　　图源：https://www.bilibili.com/video/BV1iV41177oG?share_source=copy_web
　　当日下午15时54分，神舟十二号载人飞船采用 自主快速交会对接  模式成功对接于天和核心舱前向端口，与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱（船）组合体。
　　图源：http://www.xinhuanet.com/photo/2021-06/17/c_1127572626.htm
　　组合体在轨飞行期间，航天员将开展 两次出舱活动及舱外作业  ，包括舱外服在轨转移、组装、测试，开展舱外工具箱的组装、全景摄像机抬升和扩展泵组的安装等工作。
　　航天任务的圆满成功
　　离不开各类传感器的保驾护航
　　在航空航天器上会应用到成百上千个传感器。包括压力传感器、温湿度传感器、气体传感器、激光传感器、距离传感器、位置传感器、金属接近开关、惯性传感器、陀螺仪......
　　它们在超低温、强辐射、高真空、高速度等极其恶劣的环境下为航天员的生命安全以及航天器的运行正常提供重要保障。
　　如果你想知道
　　传感器具体作用的话
　　下面就让我带你研究
　　交会对接中的位姿测量
　　空间交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术。
　　物体的位姿测量指的是在特定的坐标系下获取目标的三个位置参数和三个姿态参数。
　　航天器的位姿测量以及矫正关乎着交会对接的成功与否。
　　目前，空间物体相对位姿测量方法可从原理上大致分为以下四种。
　　1.利用角度测量和激光干涉测距的激光追踪测量方法
　　通过在被测目标上设置目标反射镜，通过实时跟踪目标反射镜，得到反射镜中心的空间三维坐标，再利用自身测量的角度信息，从而计算得到被测目标的位姿参数。
　　2.利用惯性测量传感器的惯性导航方法
　　利用 高精度惯性测量传感器  ，通过惯性测量传感器测量移动目标在移动过程中的速度或加速度，使用积分运算得到移动目标的位置和姿态等导航参数。在实际应用中，惯性导航测量需与其他导航方法组合使用以达到较好的测量效果。
　　微型惯性传感器  ，例如微型加速度、微型陀螺仪，以其低成本、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、抗冲击能力强等优势正逐步取代传感器，被广泛应用于姿态控制、航空航天、现代武器制导、运载体的变形测量以及其他军民领域。
　　以三轴重度加速度计、三轴磁强计为测量传感器的相对位姿测量系统，具有捷联式、固态化、高自主性能、低沉本等优点。
　　微型陀螺仪（图源：https://tech.sina.com.cn/roll/2020-03-25/doc-iimxyqwa3002801.shtml）
　　微型陀螺仪（图源：https://tech.sina.com.cn/roll/2020-03-25/doc-iimxyqwa3002801.shtml）
　　3.利用高精度机械结构和测量传感器的机械定位约束方法
　　利用高精度的机械结构和其他一些测量传感器，由运动学原理及其数学模型，进而推导出被测目标的位置和姿态参数。这种测量方法又可以分为直接测量法和间接测量法。
　　直接测量方法是通过测量某一位姿下被测目标物上的多个特征点坐标，根据特征点坐标与初始坐标之间的关系空间坐标的转换方程，进而求解出相应的位姿参数。
　　间接测量法是利用 光电传感器  、光电码盘等测量传感器，对传动机构的多个自由度进行测量，然后利用传动机构之间满足的数学关系，建立空间物体的位姿解算模型，间接的求出被测物体的位姿参数。
　　4.利用视觉传感器及计算机视觉系统的图像分析方法
　　通过光学成像系统采集被测物高分辨率测量图像，测量图像中含被测目标物相对位置和相对姿态等参数，再由采集的图像信息提取图像特征，利用光学成像原理和位姿解算模型求解出被测目标的相对位置和姿态参数。
　　视觉位姿测量按照 视觉传感器  的个数可以分为单目、双目和多目的形式，其中单目视觉位姿测量系统以其非接触、测量精度高、成本低、实时性强等优势广泛应用在航天器近距离交汇对接、大部件组装等场合。
　　舱外服的生命保障系统
　　舱外航天服相当于一个微型的航天器，是出舱活动中保障航天员工作能力和生命安全的太空个体防护装备，具备防辐射、温度调节和压力调节等功能，还有完备的生命保障系统。
　　保护航天员在舱外活动时的生命安全以及保障航天员在太空环境中的工作效率是舱外服两个最主要的功能。
　　＂飞天＂舱外航天服
　　图源：中国航天报微博
　　压力传感器  被用来测量舱外服中高压气瓶压力以及服内气压，气体调节器根据服装内压力传感器感知到的数据自动调节供氧流量，使气压维持在35~41kPa（绝对压力）区间内，为航天员维持恰当的气压水平。
　　神舟七号载人航天工程舱外航天服系统用的气瓶压力传感器、服装压力传感器采用了中电四十八所拥有完全自主知识产权的离子束溅射镀膜工艺制作敏感芯片，填补了我国舱外航天服在压力传感器领域的空白，实现了国产替代。
　　二氧化碳传感器  被应用于净化罐的进出口，以监测服内和进入头盔气流中的二氧化碳分压。我国为神舟七号任务所研制的＂飞天＂舱外航天服中应用了红外式二氧化碳传感器，研制中突破了在纯氧环境下传感器长时间工作稳定性、压力补偿、温湿度影响控制，以及抗干扰性等技术难题，传感器工作稳定可靠，并具有很高的测试精度。
　　舱外服中的水升华器利用物质汽化时吸热特性来实现环境中温度的下降，其工作环境为真空。通过 光纤传感器  的温度、应变传感、压力传感和声震动传感三种传感系统的结合工作，联合不同参量进行传感，可以实现对于水升华器的实时监控。
　　舱外服中还设计有医监设备和数管设备。
　　医监设备包括航天员生理背心和生理信号放大电路两部分。
　　航天员生理背心通过 心电电极、呼吸传感器、体温传感器  提取航天员的生理信息，包括一导心电、一导呼吸、一导体温。
　　生理信号放大电路对生理背心提取的航天员生理信息进行处理放大后送数管设备。
　　数管设备采集航天员生理信息、服内环境参数和系统工作状态参数，同时接收控制与显示分系统相关参数，并对上述数据进行打包处理再送复接器进行复接。
　　【参考文献】
　　[1]陈洋. 视觉与倾角传感器组合相对位姿测量方法研究[D].天津大学,2016.
　　[2]李潭秋.＂飞天＂舱外航天服的研制[J].载人航天,2008(04):8-18.
　　[3]梁志伟,高峰,吴志强,黄刚,赵丕盛,臧华兵.＂飞天＂舱外航天服便携式生保系统研制[J].载人航天,2010,16(01):37-43+47.
　　[4]刘玥. 浅探航空航天光纤传感技术[J]. 中国科技纵横,2016(22):70-71. DOI:10.3969/j.issn.1671-2064.2016.22.056.
　　[5]张博明,郭艳丽. 基于光纤传感网络的航空航天复合材料结构健康监测技术研究现状[J]. 上海大学学报（自然科学版）,2014(1):33-42. DOI:10.3969/j.issn.1007-2861.2013.07.041.
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