科技日报记者 颉满斌
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7月24日，搭载问天实验舱的长征五号B遥三运载火箭在文昌航天发射场发射升空。
此次“问天”任务，中国航天科技集团有限公司五院510所（以下简称510所）再次聚力出发，研制的载荷适配器、音频单元等产品进一步彰显510所齐心协力、拼搏创新的科研力量。
太空实验室的舱外“多孔端口”——载荷适配器
问天实验舱作为现在我国最先进的太空实验舱，除了可以进行空间生命科学的研究外，同时还具备材料舱外暴露装置，为未来部分科学实验提供零压力和真空环境。
我国空间站建成后将开展大量舱外暴露科学试验，是我国空间站达到国际先进水平的重要标志。而“载荷适配器”作为空间站中小型舱外载荷的通用接口设备，为中小型标准舱外载荷提供通用化的“多孔端口”，包括机械、供电、信息和热接口等，是“太空实验室”运营后舱外暴露科学实验的基础，其舱外实验载荷的在轨无人安装、长期在轨支持、多轮次更换，都离不开510所研制的“载荷适配器”的帮助。
“载荷适配器”的本质是一种轻小型对接机构，由主动端和被动端组成，安装在空间站实验舱I外暴露平台的22台阵列化布置的“端口插座”由载荷适配器的被动端实现，后续随天舟货船分批次多轮上行的各式标准舱外载荷携带“端口插头”由载荷适配器的主动端担当，并利用机械臂操作实现安装和更替。另外根据是否具备为舱外载荷提供导热通道，载荷适配器又分为I型(无导热能力)和Ⅱ型(有导热能力)两种，Ⅱ型在具备I型轻小型对接机构功能的基础上还配置了控温液路及冷板，实现对载荷的主动热控。
载荷适配器。
此次问天实验舱相较于天和配备了一个精巧的小型机械臂，可以单独发挥作用，也可与天和的大型机械臂配合完成航天员的出舱、舱外设施照料、巡检等任务。
针对支持机械臂在轨操作的需求，510所通过技术创新设计的载荷适配器被动端“分步被动引导组件”可实现对主动端的引导，实现校正机械臂操作偏差的功能，引导过程也可通过主动端同步捕获、主动校正、自润滑楔紧锁和浮动连接器来实现锁紧和资源连通被动端的功能，从而实现载荷适配器的“轻小型对接机构”功能。510所“载荷适配器”的研制过程共攻克同步捕获、主动位姿校正、刚性锁紧等 14项关键技术，在四次大系统机械臂载荷操作试验中接口匹配良好：控制模式适用、容差配合合理、信息交互、操作力适配等方面都有优异表现，能够可靠校正机械臂位姿偏差，锁紧连通后的供电、通讯、传热性能优良，整体性能已经达到了国际先进水平，是“太空实验室”里不可或缺的重要部分。
航天员的舱内“太空家居”语音设备——音频单元
中国空间站作为航天员在浩瀚宇宙中温暖的“家”。因此问天配置了一系列的“太空家居”设备，为航天员的工作和生活提供智能、便捷的服务。音频单元作为终端音频仪表设备，是510所为空间站新研的音频设备。音频单元可以支持多类型、多通道音频终端的输入输出，可以接收整个空间站的报警信息实现对航天员的语音报警提示，还能实现航天员与地面的天地电话，实现多舱状态下各舱段航天员之间及地面测控中心的会议通话功能，为航天员在轨通话提供了多种模式。
音频单元作为空间站中唯一的外放式音频设备，在研制过程中面临着较多的声学设计难题。为适应空间站任务的变化，空间站音频单元软件还可以进行在轨升级。
510所“音频单元”软件研制团队在充分调研的基础上，提出了软件三级加载方案，该方案可以应对复杂的空间硬件环境和通讯环境，确保在最恶劣的情况下，软件不会“死机”。在空间站天地通讯网数据注入实验过程中，研制团队经过48小时不间断测试，掌握了复杂天地数据传输过程中，数据上传带宽和时延容限等技术细节，制定了窄带宽、长时延、高误码率情况下的软件在轨注入策略。
音频单元。
此外，空间站音频单元还具有免提通话功能，为了保证语音播报质量及通话效果，研制组自主开发了回声抑制算法、自激抑制功能，并优化了声腔结构，克服了设备空间有限、扬声器与麦克风物理距离过近、可选材质限制等难题，解决了声学设备容易出现的回声抑制、自激啸叫等问题。在语音可懂度实验过程中，通过对整舱噪声环境分析，增加麦克风的信噪比，从而提高语音的可懂度。之后航天员在问天这个新教室中开展“天地通话”和全新“太空授课”，音频单元也会给航天员带去全新的授课“音频”体验。
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