现代电子技术实验室的规划与建设

3.1国外应用情况综合电子技术早是NASA为满足其火星探测器任务需求提出并实现的。NASA早在其火星探测器Soouner和地面原理样机Pathfinder中使用了综合电子技术。Soouner中仅用两块板实现了探测器所有的信息处理以及二次电源的能源分配，Pathfinder采用综合电子系统，将姿轨控系统和数管系统合为一个系统，并集成了遥测、遥控、能源分配等功能。Pathfinder中综合电子技术的应用为2003年发-517-射的“机遇”号和“勇气”号火星车综合电子线路的应用奠定了良好的基础。综合电子线路盒（REM）使用RAD6000作为核心处理器，完成遥控、遥测、路径规划、导航、电机控制、图像采集、载荷管理等任务。综合电子技术在“机遇”号和“勇气”号火星车上的应用及其巨大优势使得NASA大受鼓舞，NASA后续准备发射的火星采样返回探测器MSRP，火星生物试验室巡视器AFL都无一例外的采用了综合电子技术。 　　除了深空探测器外，NASA还在其它多颗卫星平台中推广应用综合电子技术。新千年计划的首发星ST5使用了集中式电子系统，并于2006年发射。2009年发射的月球卫星LRO也采用高性能、模块化的综合电子系统，主要负责上行指令的接收与处理、导航控制、载荷数据采集、遥测数据下传等任务。 　　ESA近年来发射的多颗卫星中也大量使用综合电子技术。2001年发射的PROBA系列小卫星首发星PR0BA1实现在姿轨控分系统和数管分系统的综合；2005年发射的SpaceBUS4000采用卫星管理单元完成姿轨控、能源、有效载荷、热控、遥控、遥测、展开机构、太阳帆板驱动机构等任务和设备的管理；2005年发射的ESA探月首发星SMART-1由中心计算机实现星务管理、姿轨控、载荷管理，设置遥测遥控等远置单元实现遥控接收与指令、遥测下行以及接口数据采集；2006年发射的大气变化观测卫星Aeolus采用由SaabEricsson开发的卫星管理单元，集中实现星务、姿轨控、遥测遥控、二次配电、载荷数据采集与管理；2009年发射的PROBA系列小卫星第二发星PROBA2在PROBA1的基础上通过采用ESA下一代空间处理器AT697近一步实现了数管、控制、配电、载荷管理等电子线路的综合，电子线路质量由PROBA1的15.8kg降低到13.3kg，功耗也从23.3W减小到19.7W，载荷比由30%提高到40%. 3.2国内应用情况国内综合电子技术起步较晚，2006年为满足我国月球探测工程二期中月面巡视器的需要，空间技术研究开始开展综合电子技术的预先研究工作，经过几年的攻关，目前该研究成果已应用于月面巡视探测器中，各项指标满足型号任务需求。 　　借鉴月面巡视器的经验，我国研制的试验卫星和新平台卫星也开始论证综合电子技术应用的可行性，有些已开始进入工程实施阶段。 　　4综合电子主要技术难点综合电子技术打破了传统航天器研制中各分系统的界面，实现了软、硬件资源的优化和合理配置，有效提高了航天器平台载荷比。综合电子技术在研究和应用的过程中需要解决的难题主要包括如下几个部分：高性能、高可靠空间计算机研制；空间实时多任务操作系统开发；综合电子内部各功能模块的定义和划分；综合电子结构、热及EMC技术；综合电子集成、测试技术。 　　4.1高可靠、高性能空间计算机研制硬件资源和软件功能的综合集成，要求深空探测航天器必要具有极高的运行及数据处理能力。传统航天器中各分系统都有各自的计算机，整星采用分布式计算架构，对单个计算机的运算处理能力要求不高。综合电子技术采用统一的计算机对航天器的平台或载荷的数据进行集中处理，从而对计算机的运行处理能力和可靠性都提出了更高的要求。 　　高可靠、高性能空间计算机研制必须解决的技术问题包括：高性能空间处理器技术；大容量存储器技术；高速线技术；空间计算机体系结构研究。 　　目前NASA空间项目中使用的高性能空间计算机主要是基于6000C35MIPS）和RAD750禁运和技术限制等因素，国内已开展了相关研究（如航天772所开发的BM3803，航天502所开发的SOC2008等）但都还没有得到实际应用，目前高性能处理器及存储器主要是从欧洲进口。目前国内已开发并应用的高性能空间计算机是基于AT697进行研制的，运行频率为100MHz，小系统数据存储器容量为20MB，程序存储包括32KB的PROM和2M的EEPROM，另外自带16Gb的大容量存储功能。 　　空间实时多任务操作系统开发软件的综合导致深空探测航天器软件必然是一个实时多任务软件，软件的复杂度和任务的实时性要求都将提高。为满足任务需求必须研制实时多任务操作系统对硬件资源进行动态调度，限度地利用有限的硬件资源。一个真正意义上的实时多任务操作系统需要解决如下几个技术难点：内存动态管理技术；基于多优先级队列的时间片轮转任务调度技术；快速中断响应技术；信号量与消息队列动态同步技术；微内核技术。 　　4.3综合电子功能模块的定义和划分由于打破了传统航天器各分系统的界线，综合电子技术必须重新定义和划分功能界面。为保证技术的实际可行性，模块的划分必须考虑并遵循以下原则：各模块功能独立，便于分解；各模块接口尽量简单、可靠。 　　功能模块的重新划分必须考虑到实现中的技术壁垒、利益划分等非技术因素，必须制定切实可行的产品保证要求，以保证技术的顺利实现。 　　4.4综合电子结构、热及EMC技术综合电子结构设计为综合电子各模块提供力学支撑和良好的电磁及热工作环境，是综合电子技术的重要组成部分。 　　为满足任务需求，综合电子结构设计在满足力学强度要求的前提下必须限度的实现减重，可以从结构和材料两方面采取措施，如采用无线缆设计，采用镁铝合金等。 　　电子线路的集成，必然带来散热和EMC问题，如何保证良好的散热和EMC屏蔽也是综合电子结构设计面临的一大挑战。 　　4.5综合电子集成测试技术综合电子实现了多个分系统的综合和集成，系统的复杂度将会巨增，如何保证集成测试的全面性和有效性是综合电子技术又一难题。集成测试中出现问题的分析、定位难度变大，需要测试人员对多个系统的知识都有一定程度的掌握，对测试人员的技术水平要求提高。 　　5月面巡视器综合电子技术简介由于体积、质量和功耗约束严酷，我国月面巡视器中首次采用综合电子技术，对平台和有效载荷电子设备硬件进行集成，提高硬件复用程度，同时优化电子系统结构，合理划分软硬件功能，以达到以较低的硬件代价满足系统功能、性能的目标。新设计的综合电子单元实现了原卫星平台的控制计算机（AOCC）、数管中心计算机（CTU）、中心遥控、中心遥测等4台单机设备，以及电源控制器的部分功能，承担对应原控制分系统和数管分系统的核心处理功能。 　　按照功能独立、工程研制明晰的原则，月面巡视器综合电子在功能上被划分为中心计算机主备份模块、容错管理模块、二次电源模块、移动/机构控制与驱动模块、遥控处理模块、遥测处理模块、供配电处理模块，火工品与热控处理模块，这些模块被设计集成安置在同一机箱内，整个机箱被划分为上下两个舱，两舱由线板隔断；底舱用于装置二次电源模块，其它各功能模块被设计插装在线板上，安置在顶舱；各功能模块在机箱内部通过线板完成电气互连，相互配合统一完成综合电子单元功能。 　　月面巡视器综合电子单元的主要技术创新点包括：基于AT697高性能空间计算机的研制；SpaceOS-多任务实时操作系统的开发；两舱式无线缆机箱设计。 　　6结论综合电子技术通过对平台和有效载荷电子设备硬件进行集成，提高硬件复用程度，优化电子系统结构，合理划分软硬件功能，降低质量、体积和功耗的同时也提高了系统的可靠性，有效解决了深空探测任务所面临的困难。该技术可推广应用到其它航天器中，提高航天器自身性能和可靠性的同时可显著提高载荷平台比，延长航天器的使用寿命。