1. 概述

【儀器儀表商情網 行業前瞻】隨著中國航天事業的發展,航天儀器儀表技術發展得到國家有關部門和單位的大力支持,為導彈、火箭、衛星、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、應用體系。如導彈、運載火箭測控系統,經歷了手動、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與應用,以CAMAC、VXI測試總線為標準,采用FPGA技術,設計開發了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、衛星、飛船發射及飛行過程中的各系統的狀態監測與控制傳感器及儀表;地面試驗用的數據檢測、采集、記錄處理儀器儀表。

航天慣性儀表:導彈、火箭、衛星、飛船等用的慣性制導、導航、姿態測量、穩定用的陀螺儀、加速度計及由它們構成的儀器儀表;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境。近年來,正在加速向數字化、智能化、集成化方向發展。

2. 國內外發展現狀及問題

國外兩個航天大國美國和俄羅斯(前蘇聯)的航天儀器儀表技術代表了國際航天儀器儀表技術的發展水平,不僅應用的數量、種類多,而且技術先進。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、上千個品種規格。從海灣戰爭、科索沃戰爭到伊拉克戰爭高精度武器的大量使用,充分表現了現代航天儀器儀表技術的特點是高可靠、小型化、高精度、智能化、數字化。

國內航天儀器儀表經過四十年發展,形成比較完整的研究開發和應用系統,具備了相當規模的生產能力,基本滿足航天產品的需要。同時還用于海、陸、空等軍用或民用領域,其整體技術水平在國內處于先進地位。

為使航天儀器儀表技術能夠充分發揮技術優勢,更好地為國民經濟建設服務,航天科技集團公司近年來在立足航天應用的同時,開始注重在其他領域的應用,并逐步開始開展產業化工作。由航天科技集團公司自主開發完成的磁致伸縮液位及位移測量系統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、環保等行業,在國內處于領先地位。2002年國家提供了產業化貼息貸款。其產業化的目標就是要全面替代進口產品,實現國內市場60%的占有率,同時打入國際市場,樹立民族優質品牌的形象。

3. 發展戰略目標和意義

在2020年,航天儀器儀表的發展戰略是:以航天型號需求為牽引,以產業化應用為目標,大力發展航天儀器儀表技術,為國民經濟建設和裝備制造業現代化服務。發展目標如下:

☆確保新型航天型號的高可靠、小型化、高精度、智能化、數字化的需求;

☆拓展航天儀器儀表在軍、民用領域的應用范圍,實現產業化,建設以航天高科技為主導的、具備規模生產的產業化基地;

☆航天儀器儀表要趕超世界先進水平,替代進口產品,打入國際市場;

☆建設一支素質高、水平高,具備航天精神的專業人才隊伍。

4. 重點發展的前沿和關鍵技術

4.1 航天測控儀表

4.1.1 重點發展前沿

☆ 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構及數字量敏感結構的制造技術,以及實現航天測控儀表的更新換代。

☆ 綜合智能化儀表。如,多參數綜合處理故障自診斷儀表。使航天測控儀表實現智能化,具備自診斷、自調整、自補償的功能,并且實現微智能儀表。

☆ 多用途數字化儀表。如,數字量諧振敏感儀表及數字化通訊儀表。使航天測控儀表能夠適應航天飛行測量體制向數字化總線制的發展,實現完全數字量信號處理及傳輸。同時,地面儀表實現高速度、大容量及數字化。

☆ 航天特殊參數儀表。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,由用戶自己設計、自己定義,儀器信號處理的功能主要由軟件來實現。

☆ 網絡儀器。計算機技術、網絡通信技術與儀表技術相結合,擴展面向Web技術及面向傳輸控制協議/網絡協議(TCP/IP)、瀏覽器和嵌套服務器應用,使現場變送器或儀器直接具有Intranet/Internet功能。

4.1.2 關鍵技術

☆ 多信號信息融合技術;

☆ 數字化技術;

☆ 機電一體化的MEMS技術;

☆ 光機電一體化技術。

4.2 航天慣性儀表

4.2.1 重點發展前沿

☆ 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 關鍵技術

☆ 儀表精密磁懸浮技術;

☆ 保偏光纖技術;

☆ 大功率、高穩定光源技術;

☆ 高質量鍍膜技術;

☆ 長壽命軸承技術;

☆ 石英及硅材料精密加工技術;

☆ 微機械加工技術及微機電儀表集成技術。

4.3 航天儀器儀表的產業化

自“七五”以來,國內儀表研究包括航天儀器儀表取得許多創新性研究成果。在2020年儀器儀表發展規劃中,應該對于產業化給予足夠的重視。

4.3.1 航天測控儀表的產業化,

☆ 磁致伸縮液位及位移測量系統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 航天慣性儀表的產業化

☆ 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測控儀表微型結構先進加工技術的研究,航天特殊參數測量技術研究,以及測控儀表智能化、數字化技術的研究。完成磁致伸縮液位測量系統和濺射薄膜壓力測控儀表產業化工程的建設,形成年產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測控儀表產業化的基礎工作。

5.1.2 2010年

完全成熟航天MEMS測控儀表技術,實現航天測控儀表智能化、數字化,實現更新換代,并應用于信息化武器裝備。MEMS測控儀表實現產業化。完全實現磁致伸縮液位測量系統和濺射薄膜壓力測控儀表的產業化,替代進口產品,形成國內大型研發、設計、生產、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業化發展基地。隨著新型航天飛行器的開發研制,航天測控儀表將開展深空深測、微型控制執行機構、智能網絡測量系統、三維敏感系統等新應用領域的研究工作。

5.2 航天慣性儀器儀表

軍民兩用慣性儀器儀表發展實施步驟建議:

產業化產品 應用領域 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**套以上 采用微固態的慣性儀表組成（低成本）

年產**套左右 采用MEMS技術、集成一體化（微功耗、小體積）

年產**套左右

地下、水下定位定向儀 鉆井、隧道工程，水下救撈、測量及建設工程 采用小型高可靠撓性陀螺、石英加速度計年產**套以上 采用光學陀螺、硅加速度計年產**套左右

陀螺指北儀 軍用、民用測量及建設工程 采用機械螺 采用光學蛇螺

吊艙穩定裝置 氣球、直升機 采用微固態陀螺

定位定向手機 單兵、戰斗小組、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成