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我国航天箭载无线传感网络系统的开发与未来应用
在今年5月4日亚太6C卫星发射任务中，长征三号乙运载火箭搭载了最新研发的箭载无线传感网络系统成功飞行，标志着我国首次实现运载火箭测量系统传感器系统无线传输。据了解，箭载无线传感网络系统，由中国运载火箭技术研究院所属北京宇航系统工程研究所率先研制出来，可做到火箭飞行参数无线测量。
2018年5月，在西昌成功发射的亚太6C通信卫星，率先搭载了无线传感网络系统。资料图
此次搭载飞行的箭载无线传感网络系统产品之一。资料图
2018年5月，在西昌成功发射的亚太6C通信卫星，率先搭载了无线传感网络系统。资料图
该项目负责人路娟介绍，此次搭载的传感器主要用于测量火箭飞行过程中的温度、压力、高频振动、低频震动等参数，对于掌握火箭飞行状态、故障定位、优化设计等极其重要。
我们知道，一枚火箭有成百上千个传感器，它们都由电缆进行连接。在设计过程中，长长的电缆不仅增加了火箭重量，而且常会影响到箭体内部仪器设备的布局，给火箭设计、总装造成一定难度。
长三乙火箭总指挥金志强介绍，搭载和验证无线测量系统是此次长三乙火箭的一大尝试。之前测量都是通过电缆连接，如果临时要测一些部位，全箭电缆网就要进行改动。因此，无线测量更加便捷，相当于加了一些无线传感器和无线接收装置，你想在哪里布测点，就可以在那里加一个无线测点，再加一个无线接收装置。
无线传输的形式有很多种，本质上都是靠无限电磁波的形式来进行信息或者能量的传输。我们日常所说的WiFi就是一种典型的无线传输技术，可以传输语音视频等，但能耗比较高。而路娟团队做的是一种短距离低功耗的传输技术，从最初的设计到硬件都不一样，之所以说是WiFi，其实就是因为大家对这个概念比较熟悉，在描述的时候会类比成WiFi，但其实它们是不同的分类。
箭载无线传感网络本可以节省更多被电缆占用的空间与重量，但如果传感器不能做到小型化，这种无线传输便失去了本来的价值。路娟表示，重新设计之后的传感器，体积更小，且更便于进行能量管理。由于采用电池供电，且电池体积也受到限制，所以能量管理尤为重要，一般的传感器，内部的线路都比较简单，都进行了非常多的重新设计，虽然携带的电池很小，但是能保证整个过程中的用电问题。
在这次发射中，火箭研制团队在箭上首次搭载该系统，完整获取了温度、高频振动、低频振动和压力4个环境参数。路娟表示，4个类型的数据覆盖了大部分的箭体测点，还有少量的，包括过载冲击等，测点主要是根据不同火箭型号的测量需求来安排。包括这次没有搭载的热流、过载冲击等，路娟和团队都有相应的设计产品。
以某型号火箭为例，相比有线系统，该技术的应用可使一级尾段减重53%，仪器舱瘦身66%，同时省去长达3到6个月的电缆设计、生产、测试等环节，并能节约大量人力物力成本。
此次搭载飞行的箭载无线传感网络系统产品之一。资料图
箭载无线传感网络针对飞行器测量应用，可以通过专用协议实现不同型号的智能自适应。路娟表示，火箭研制比较特殊，每一个型号都有不同的测量需求，以前的传感器都是要为某型火箭专门制作，不管是哪一种型号的火箭，箭载无线传感网络都可以做到自适应，不用去专门修改设计。通用性、产品化都比较好，推广起来比较方便。
此外，箭载无线传感网络系统采用专用的网络，安全性、可靠性均满足要求，而且摆脱了电缆的羁绊，减重效果非常明显。
路娟说，箭载无线传输网络传输速度、实时性、安全性方面都能够做到取代电缆。大趋势上来看，无线传输肯定更好，但是在现阶段，电缆传输跟无线传输更多的是一种互补，毕竟无线传输的技术还有很大的发展空间。比如一些重要的数据、完全不允许信号丢失的数据，可能用电缆传输比较好，但是未来随着我们的无限传输系统更加成熟，无电缆化是更方便的。就比如我们现在肯定优先选择手机，而不是座机来打电话。
近年来，无线传感器在民用领域大量应用，而以WiFi为代表的主流无线传感技术在安全性、实时性和成本方面无法满足航天型号使用需求。如果在火箭上使用，无线传感器必须要耐得住极端高低温、箭体分离时的强大冲击力，同时，还要能在非常复杂的电磁环境中保持稳定工作状态，对可靠性要求极高。
路娟表示，未来箭载无线传感网络将会朝着更加智能化、小型化、低能耗的方向发展。除了在火箭上的应用，无线传感网络还可用于矿下预警、工业制造、环境监测、智能家居等多领域，应用前景广阔。
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