航天五院西安分院载人航天任务团队第一个任务研制“随船秘书”
作为我国载人航天工程任务中的一支重要力量，航天科技集团五院西安分院从神舟一号开始投身载人航天工程，在我国历次载人航天工程任务中承担系统控制器、多功能显示器、仪表软件、天线网络、中继终端等关键产品的研制任务。在目前正在建造的空间站任务中，西安分院为空间站天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、神舟系列载人飞船、天舟系列货运飞船全部研制了中继终端、天线网络、仪表计算机应用软件。
2022年6月，西安分院载人航天工程团队荣获共青团中央“全国向上向善好青年”荣誉称号。从1992年我国载人航天工程任务启动到2022年，在30年的时间里，西安分院载人航天任务团队始终践行着“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神，用青春谱写奋斗华章，为我国载人航天工程任务的顺利实施贡献了力量。
在中国空间技术研究院成立之初，首任院长钱学森先生就提出了对我国载人航天发展规划进行研究的建议。中国空间技术研究院组建了相应机构，开展了系统方案和载人航天技术的预先研究。西安分院的前身五〇四所就是最早投身这一工作的科研单位之一。
1968年初，五〇四所领导成立了以老一代专家鞠德航、潘华江、黎孝纯、邹荣华等为技术骨干的曙光飞船无线电系统总体组和各相应的分机组。为寻求曙光飞船短波环球通信方案可行性的实验依据，五〇四所还负责研制了其他设备。
由于载人航天工程是一个结构庞大、技术复杂的系统工程，而当时我国的经济基础较薄弱，工业制造及相关的工艺水平又低，曙光飞船任务最终封存，但是，当时研究工作已经取得了不少成果，为我国实施载人航天工程做了理论上、技术上的初步准备。
从神舟一号飞船任务开始，西安分院相继承担了系统控制器与多功能显示器以及天线网络的研制任务，后又从神舟六号开始承担了中继终端的研制任务。从“随船秘书”仪表控制器应用软件到“信号枢纽”天线网络再到建立“太空天路”的中继终端，西安分院从未缺席。
1992年，载人航天工程正式批准实施。西安分院载人航天任务团队接到的第一个任务就是研制飞船的“随船秘书”——系统控制器与多功能显示器。它们的组合将建立航天员与飞船互动的人机界面，通过无人验证，到最终载人飞行时直接辅助航天员完成空间试验、出舱、对接等飞船任务，是一个起点高、技术难度大、又涉及到多学科的综合电子应用系统。五〇四所航天人由飞船仪表设备踏上飞船研制的起点。
系统控制器是应用于载人航天多功能智能仪表系统的重要组成，是连接多个分系统的重要设备。留给第一台原理样机的时间只有4个月，一批年轻的设计师们开始加班加点攻关。他们为了寻找最佳方案，设计了多个版本的软件系统;他们为了实现高可靠性，不断开展对比试验;他们为了满足数据的实时性和人机功效，在短时间内完成两轮产品迭代升级。
1996年到1999年，五〇四所为神舟一号飞船专门研制了能监测仪表性能的自动页面切换的软件，并在多功能显示器中运行。通过传回地面的视频图像和返回地面后设备的测试表明，神舟一号试验飞船上系统控制器与多功能显示器工作正常，首次飞行取得了圆满成功。随后，从神舟一号到神舟四号，五〇四所为神舟飞船研制了飞船仪表与照明分系统、测控与通信分系统、数据传输分系统中的多个产品经过四次飞行试验，均工作正常。
2003年，神舟五号飞船要实现首次载人飞行，五〇四所研制的“随船秘书”要真正和航天员一起执行任务。整个飞船系统高度重视航天员在执行任务期间的生命安全，对产品的安全性、可靠性提出了近乎苛刻的要求。为了保证五〇四所系统控制器与多功能显示器软件的可靠性，显示的每一个数据都要准确无误。为给航天员提供更友善的人机界面，设计师们克服“非典”疫情影响，迎难而上，按照更为严格的要求对软件进行了非常细致的优化测试和联试工作。
从载人的神舟五号飞船，到航天员由一人变为三人的神舟七号，再到天宫一号、天宫二号，包括软件在轨更新、汉字输入法、自主应急返回等多项关键技术不断“加码”……每一次，他们不仅圆满完成了任务，更是积累了空间大容量信息处理、嵌入式显示、软件自主更新等研制经验。
1994年初，五〇四所收到了神舟一号飞船三个关键项目的研制技术要求，这三个关键项目，其中之一就是返回舱内的天线网络。
天线网络是属于测控与通信分系统中连接应答机和天线的关键产品，是飞船上的一个小型信号转发器。个头小，但本领大，它负责在测控接收机、发射机与测控天线之间架起一座信号往来的桥梁，这座桥梁担负着将有效信号送达目的地的重任。当接收到地面的通信信号或测控指令信号时，天线网络会将其进行分类、分通道传输到应答机。反之，也会把来自应答机不同通道的各类信号汇总后送往对地天线，通过天线发出后送达地面。
研制天线网络的困难在于飞船的特殊应用。首先，系统对舱内设备体积要求十分苛刻。其次，要求网络在飞船着陆后可以通过船体着陆后的姿态选择朝向地面上方的天线接通，这样才能有效传递通信、求救、定位等信号，否则将可能失联，危及航天员生命安全。西安分院研制人员为此确定了介质双工设计方案，将体积缩小到常规产品结构的四分之一。为了能使这项新技术在飞船上成为航天员的可靠保障，天线网络伴随着无数次设计和验证的循环往复，直到结果满足要求。
随着载人航天工程任务的推进，西安分院研制团队持续提升天线网络性能，确保任务需要。从神舟一号开始，到神舟系列载人飞船、天舟系列货运飞船及当前的空间站任务，西安分院承担了测控与通信分系统中所有天线网络的研制任务。
神舟一号到神舟五号，对于神舟飞船的测控主要是通过地面测控站进行。当神舟飞船飞出国境范围时，地面无法全程实时掌握飞船的飞行状况和航天员的工作状态，航天员的安全和体验感也无法很好满足。2003年底，载人航天项目总体提出，需要在新的神舟六号飞船上增加数据传输系统。这个极其新的搭载设备的研制任务，又一次落在了五〇四所的身上。
研制队伍为保障飞船飞到境外上空还能提供航天员与地面的通话功能，克服多种困难，通过通力协作，神舟六号数传终端及天线设备第一套正样状态硬软件产品最终于2005年10月随飞船完成搭载测试任务。随后的2008年8月，五〇四所研制的第二套数据传送系统也交付神舟七号，完成了与舱外服的匹配联试。设备各项功能正常，传输舱外服各项数据正确，顺利通过在轨试验。
2008年4月25日，我国首颗中继卫星天链一号卫星成功发射，西安分院在其中承担了全部有效载荷的研制任务。2008年9月底，西安分院研制的神舟七号飞船中继终端正式亮相，与天链一号卫星实现“太空握手”，开创了我国天基测控的新局面。西安分院研制的中继用户终端，是我国首套天基测控通信系统，也是西安分院第一代天基测控产品，性能指标达到了国际先进水平。这也标志着我国成为了世界上为数不多掌握天基测控系统关键技术的国家，推动了我国飞行器天基测控通信系统研制、实施的步伐。
此后，西安分院载人航天任务团队为载人航天的每艘飞船和每个目标飞行器、空间舱都配备了中继终端系统并推动产品升级换代，实现了多次技术飞跃。从天地通话到航天员太空授课，从交会对接任务到执行天舟一号“太空加油”任务以及航天员出舱活动，中继终端的应用使我国的天基测控通信得以成为现实，在太空中搭建了地面与卫星、卫星与飞船之间的“天路”。
在空间站任务阶段，项目任务主要包括空间站天和核心舱、问天与梦天实验舱以及载人飞船和货运飞船。
2021年4月29日，空间站天和核心舱成功发射。9月20日天舟三号货运飞船成功发射并与空间站天和核心舱完成对接。10月15日，“太空出差三人组”翟志刚、王亚平、叶光富三名航天员乘坐神舟十三号飞船进入太空，并开始中国人在“太空家园”的中长期驻留。2022年5月10日，天舟四号货运飞船成功发射，我国空间站建造阶段大幕成功开启。在目前正在建设的空间站任务中，西安分院为所有舱段、飞船研制了中继终端、天线网络、仪表计算机应用软件等产品。
通过中继终端搭建的天基测控通信系统，可以同时实现对天舟、神舟、实验舱和核心舱的“远程驾驶”，对整个空间站的飞行器同时进行通信测控，所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面等数据，并为太空交会对接全程提供通信链路保障。
西安分院研制全部有效载荷的第二代中继卫星天链二号作为“太空基站”连接地面与空间站，可以实现地面站与地基测控不可见用户的建链，完成两者间的信息传输。随着天链中继卫星系统的成熟，当前已经建成了全天候、全球覆盖的天基测控网络，长时间不间断、稳定可靠的天地通话已成为现实，可以进一步提高测控通信覆盖率和效果，进一步夯实空间站的信息“生命线”。通过地面站可以不留死角地全盘掌控飞船以及空间站的状态，这对整个空间站的建设和维护具有非常重要的意义。
西安分院在问天实验舱中承担的仪表计算机应用软件，和以往载人工程任务相比不同的是，实验舱中仪表计算机应用软件在空间站天和核心舱上功能不变的基础上，增加了与空间站天和核心舱数据交会，这样问天实验舱与空间站天和核心舱两舱交互数据，数据量便会大大增加，仪表计算机应用软件变得更为强大。
对于空间站天和核心舱来说，USB天线网络在测控系统中属于少有的独一份配置。作为无源产品的USB天线网络具有高可靠性，一旦开机便处于常通状态，需要在轨自主运行15年，无需航天员的额外操作。
为了保证在轨使用寿命，USB天线网络在材料的选用、装配工艺以及结构的工效学设计等方面都进行了新一轮的技术改进和试验验证，解决了小型化、高可靠、长寿命、保障航天员生命安全等各项难题。
多年参与载人航天工程产品研制历程，是西安分院人不忘初心、牢记使命，以崇高的追求、执著的信念顽强拼搏的奋斗历程，是西安分院人弘扬载人航天精神，以坚强的毅力和勇气战胜重重困难、用成功报效祖国的奋斗历程;是西安分院人践行“零缺陷、零故障、零疑点”的航天文化，不断迈向成功的奋斗历程;是西安分院人传承老一辈航天人铸就的“两弹一星”精神、年轻科技工作者迅速成长、用青春和智慧续写中国航天事业新辉煌的奋斗历程。(记者刘柳通讯员王希曦)
编辑:刘伟
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