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关于申请青岛市科学技术进步奖的公示

上传时间:2020-8-24

1.申报类别:科学技术进步奖(科技创业类)

2.项目名称:

火箭垂直回收在线轨迹规划与高精度相对导航与制导控制技术及在返回式火箭上的实际应用

3.项目简介

火箭回收及重复使用是减少火箭发射成本、推进人类太空开发的重要途径。随着商业航天的兴起,可重复使用运载火箭成为了国际关注的焦点,以SpaceX公司的“猎鹰 9号”可重复使用运载火箭为例,有望实现发射成本降低为现有平均水平的1/20。如果中国掌握了火箭回收并重复使用的技术,就可节省80%左右的宇航发射成本,省下的这笔钱可以对中国后续航天事业的发展提供资金支持。目前我国在研发新一代大推力火箭的同时,也以返回式火箭技术为切入点开展技术攻关,寻求适合我国国情的先进部分/全部可重复使用航天运载系统。因此,对返回式火箭重复使用的研究,导航与控制技术是重中之重。

本项目结合返回式火箭的动力学运动特性,重点研究适用于返回式火箭高机动特性的惯性导航算法。并对在轨,回收等关键阶段的辅助信息融合提出实用的解决方案,最后根据导航信息凝练精细化制导控制策略。主要创新如下:

突破惯性与组合导航平稳切换技术,失锁条件下惯性导航高精度保持技术,高分辨率垂直机动控制技术等。为下一步的工程应用实践奠定基础。

率先开展适用于返回式火箭的高精度导航算法以及高分辨率控制策略的研究,并进行相关验证;形成在轨组合导航技术,回收组合导航技术以及飞行控制技术的结合应用。

3、集成创新了返回式火箭高精度绝对+相对组合导航全国产化技术,在自主设计的仿真测试环节内,实现模拟火箭子级回收阶段,并达到:垂直地面速度误差控制在0.5m/s内,高度误差控制在0.3m以内,水平方向速度误差小于0.3m/s,水平方向位置误差小于50m的精度指标。填补国内返回式火箭回收领域的相关空白,为载人航天工程提供重要科研参考依据。

该成果授权专利31项,已为2个以上运载火箭提供配套服务;以增加创新性产业化人才为主,增大增强青岛地区惯性技术专业人才队伍,人才引进16人,其中博士2人,硕士5人,科研骨干8人。通过该项成果的应用,新增销售额4130.17万元,新增利润826.03万元,新增税收123.95万元。

4.客观评价

1、产品质量评审报告:上海宇航系统工程研究所评审组认为:本批产品设计、生产、试验过程质量受控,各项指标满足任务书和验收细则要求,文件资料齐全,可以交付XX-4B/XX-4C/XX-2D使用。评审组通过评审并出具《评审报告》。

2、产品在质量的稳定性,以及在价格、性能及售后服务等方面被用户认可,两家客户出具了《顾客满意度调查表》。

3、核心技术知识产权情况:本项目已申请专利保护,其核心技术知识产权归本公司所有,目前已授权专利31项,其中发明专利1项,实用新型专利19项,软件著作权11项。受理及审查中发明专利12项,实用新型专利13项。

5.推广应用情况

根据航天八院《运载火箭一子级栅格舵电气系统方案报告》研究项目规划,需测量一子级返回段的惯性导航信息,并输出测量结果,提供惯性测量单元。同时,运载火箭测量系统在进行火箭各类性能测试时,需要使用压力、温度、加速度等各类别传感器。

本项目紧紧围绕深入实施国家“十三五”规划纲要和创新驱动发展战略纲要,有力支撑“中国制造 2025”、航天强国、军民融合发展等国家战略实施,为实现运载火箭的重复使用量身制定一体化方案,符合当今低成本、军民融合发展的趋势。

经过初样合练试验,并经过一百多发的飞行试验验证,产品质量可靠、性能稳定。青岛智腾的传感器类产品目前有内装式压电加速度振动传感器20多个型号,量程范围5g~400g,频率范围2~5000Hz,测量轴数有1~3轴;冲击传感器2个型号,量程范围5000g;温度传感器有表面温度、空气温度两大类十几个型号,测量范围覆盖-196℃~+500℃;压力传感器有表压和绝压两大类二十多个型号,量程范围覆盖1~60Mpa;红外液位传感器、石英挠性加速度传感器有高精度和高温两大类共十几个型号。

1.光电式液位传感器TC-83AT;

现有供应商目录没有能满足箭上功能的液位光电传感器,该传感器系青岛智腾自主开发,核心芯片自主设计流片,该传感器所有器件全部实现国产化。

配套CZ-2D、CZ-4B、CZ-4C火箭燃料系统,是动力系统的关键件(耗尽关机),满足SAST-Y协议,808下厂监制验收,已参与我院及集团公司发射任务近百次,产品质量可靠、性能稳定。

2.惯性测量单元

在满足总体技术指标的前提下,降低仪表选型的指标,并通过软件算法对整体性能进行提升,降低物料成本。例如,通过组合导航算法,能够显著提高导航精度,降低对惯性仪表的要求;同时,组合导航算法还能够估算出惯性仪表的一部分误差并补偿,提高仪表的精度;

采用通用化的接口设计,提高设备通用性,满足总体可能的需求同时降低修改工作量。例如通过FPGA,可以任意配置串口在两个DSP之间的分配数量,提高硬件的灵活性。

3.其它加速度传感器(石英挠性加速度传感器JCG3-X-Y)

现有供应商的石英加速度传感器都是外采核心器件(石英加表),电装外壳、电缆线和接插件,青岛智腾的石英挠性加速度传感器全部系自主研发生产(有一条石英加速度计完整的生产线),因为核心器件自主研发生产,成本和交货均有优势,能为八院下一步低成本火箭提供基础的保证能力。

4.薄膜式压力传感器JCY80系列;

青岛智腾的压力传感器JCY80系列是压力传感器和变送器一体化设计,变换器采用厚膜混合集成电路工艺,体积小,集成度高,整个压力传感器实现了小型化、高可靠性,低成本等优势。青岛智腾的进度、交货响应速度最快,为近几年高密度发射提供了有力的支撑。

主要应用单位情况表

序号

单位名称

应用的技术

应用对象及规模

应用起止时间

单位联系人/电话

1

上海航天805研究所

三合一组合导航测量单元、光纤惯性测量单元

CZ系列火箭

2017年1月-2019年6月

朱女士021-24186666

2

上海航天设备制造总厂

光纤液位探头

CZ系列火箭

2017年1月-2019年6月

张先生021-24817085

6. 主要知识产权证明目录

主    要    知    识    产    权    证    明    目    录

序号

知识产权

类别

知识产权具体名称

权利人

发明人

发明专利有效状态

1

发明

一种石英挠性加速度计

青岛智腾微电子有限公司

刘军;王晓雷;宋银良;刘哲;李强

有效

2

实用新型

一种微型捷联式惯性导航装置

青岛智腾科技有限公司

刘军;王晓伟;程金晶;张建功;李海刚;杨功流;彭朱容

有效

3

计算机软著

小型惯性导航智能化辅助管理系统

青岛智腾科技有限公司

青岛智腾科技有限公司,程金晶

有效

4

实用新型

一种微型捷联式惯性导航装置的壳体

青岛智腾科技有限公司

刘军;王晓伟;程金晶;张建功;李海刚;杨功流;彭朱容

有效

5

计算机软著

高精度倾角传感器物联网智能管理软件

青岛智腾科技有限公司

青岛智腾科技有限公司,邵俊贤

有效

6

实用新型

一种用于智能无人机的惯性导航安装结构

青岛智腾科技有限公司

刘军;杨功流;王晓伟;刘欣;程金晶;王丽芬;张云龙

有效

7

实用新型

一种高抗振石英挠性加速度传感器

青岛智腾微电子有限公司

宋银良;王鹏;刘哲;李强;徐江燕;刘军;刘欣

有效

8

实用新型

一种压力传感器

青岛智腾微电子有限公司

胡宗亮;王鹏;刘哲;李强;徐江燕;刘军;刘欣

有效

7.主要完成人情况

主      要      完      成      人      情      况

姓名

排名

行政职务

技术职称

工作单位

完成单位

对本项目技术创造性贡献

刘军

1

董事长

高级工程师

青岛智腾科技有限公司

青岛智腾科技有限公司

刘军任青岛智腾科技有限公司总经理,项目带头人。刘军对该项目的技术前瞻性和发展趋势具有充分的认识,确定研发思路和方向,提出了返回式火箭高精度绝对+相对组合导航(第一、二、三项)全国产化技术,剖析了技术的内涵和研究的重难点,带领研发团队在整个研发过程中产生的问题都一一解决,使得整个项目得以顺利实施。

王晓伟

2

事业部经理

助理工程师

青岛智腾科技有限公司

青岛智腾科技有限公司

王晓伟任青岛智腾科技有限公司传感器事业部经理。王晓伟对该项目的进行总体方案的设计(第一、二项),根据总体对系统精度、体积、质量以及性价比的要求,经过对不同的惯性仪表的比较,选定惯性仪表,并根据所选取的惯性仪表参数指标对导航精度进行理论分析。

刘欣

3

事业部经理

助理工程师

青岛智腾微电子有限公司

青岛智腾微电子有限公司

刘欣任青岛智腾微电子有限公司微电子事业部经理,负责该项目导控计算机电路方案设计(第二项)。导控计算机电路集成了数据采集、导航与飞控解算、通信与控制等功能,是组合导航单元的核心部件。对系统振动特性进行很好的分析,并优化结构、电路等的设计方案,保证其抗力学性能。同时采用成熟、经过验证的技术,在提高可靠性的同时,降低研发成本。

程金晶

4

导航室主任

助理工程师

青岛智腾科技有限公司

青岛智腾科技有限公司

程金晶任青岛智腾科技有限公司导航室主任,负责该项目组合导航的算法设计(第三项),为飞行控制与管理提供有效的位置、速度、姿态等信息。在满足总体技术指标的前提下,通过软件算法对整体性能进行提升,降低物料成本。例如,通过组合导航算法,能够显著提高导航精度,降低对惯性仪表的要求;同时,组合导航算法还能够估算出惯性仪表的一部分误差并补偿,提高仪表的精度。

8. 主要完成单位及创新推广贡献

青岛智腾科技有限公司是高新技术企业,青岛市工程研究中心、技术创新中心。自公司成立以来一直专注于惯性导航技术研究,在传感器研发方面有20多年经验,组建了一支高精尖的研发团队。

近年来,与北京航空航天大学签署战略合作协议,聘请杨功流教授为青岛专家工作站入站专家,共同致力于高精度惯性导航的开发和研究,加快科技成果产业化速度。

公司拥有独立的产业园区,研发面积15000㎡,拥有混合集成电路产线、加速度传感器产线、SMT自动化产线各1条,高精密传感器(及仪器仪表)电装生产线1条;各种检测、试验设备400 余台(套)。包括各种实验机、检测仪表、仪器、中试设备等国内外先进的研发设备,为定向传感器的研究提供了技术保障。未来研发中心将继续扩建,持续购入先进的研发设备,提升研发活动的硬基础。 

青岛微电子有限公司是总装备部、国防科工局认定的武器装备承研承制单位,青岛市工程研究中心与技术创新中心。

智腾微电子是国内首屈一指的高温应用场景配套的厂家,油气勘探测井仪专用高温集成电路:高温存储器、高温电源、高温信号处理模块以及高温加速度计、高温定向传感器(测斜仪短节),可在175℃严苛环境中长时间稳定工作,部分产品可在200℃以上苛刻环境下稳定工作。混合集成电路产品已在多型战略弹、战术弹和火箭弹等型号产品列装。

公司研制的拳头产品——石英挠性加速度传感器是满足 205℃高温可靠工作的高技术产品。现有供应商的石英加速度传感器都是外采核心器件,智腾研制的石英挠性加速度传感器其伺服电路核心芯片为公司独立设计,自主知识产权,流片后采用混合集成电路全密封工艺组装,广泛应用于航空航天高精度导航系统以及石油高端智能装备旋转导向系统。

公司设有营销中心,分为市场部、销售部、商务部、外贸部四个独立且联系的部门,从市场推广、终端销售以及售后服务建立了一系列健全的保障措施,确保了增加新供应商的按时齐套。



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