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国内外发展趋势展望空间计量的快速发展,将引领传统计量技术的巨大变革,甚至形成一个新学科和新的领域。空间计量的目的,就是实现各种物理量和各种参数在空间任务中的测量单位统一、量值准确的目的,保障航天器、空间站、空间基地等人类在地外空间任务的顺利实现。类似“阿波罗”计划的实现带动了整个世界工业的发展一样(涉及微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机等4000余项高科技专利、技术被转为民用),空间计量技术将把空间技术与计量技术相结合,产生原始创新的概念、技术、方法,既能应用到空间活动中,又可极大地推动地面传统计量技术和管理的发展,甚至对计量体系、方法等产生根本性的改变。空间计量标定技术相对于地面计量校准技术而言,具有远离地面无法与地面计量标准器直接比较、空间环境特殊、被计量测试的仪器设备具有非传统的形式、计量管理和技术规范不同、引力场对空间基础物理量和单位有影响等特点。目前,国内已经开展了空间模拟环境下的真空温、微波辐射器校准技术研究、空间等离子体环境电位探测器校准技术研究、空间站有害气体传感器在轨标定技术等研究工作。国外在空间计量技术应用领域起步较早,发射了部分主要功能为测量计量的卫星。如欧空局发射的依巴谷卫星,将空间测量分辨率提升至0.1毫秒角,即将升空的Gaia卫星将首次获得微角秒级别(6微角秒)的天体测量精度,大大促进了空间高精度测量技术的发展。另外,美国已经将用于空间光辐射计量的标定卫星列入其太空计划。从科学技术的长远发展来看,

空间计量技术将是未来一段时间内计量科学的前沿领域,       其技术发展将主要涉及以下几个方向。

1)模拟空间环境下的计量校准技术研究。在地面模拟空间环境条件,将计量标准与被校准的空间有效载荷测量仪器或传感器比较,这特殊环境下的计量校准技术要求计量标准器具也应该具有更宽的温度范围、真空、失重适应性等特点,还要求模拟环境的真空罐等设备具有适合计量标准器具接入的光电接口和专用平台。

2)空间用计量标准器具研究。空间计量标准器具是在空间站或长期运行的航天器上使用的参考标准有效载荷,可在空间站舱内或外长期工作或保存,保持计量特性不变,有定期校准的接口,为空间站提供标准量值,如电压、电流等电学参数标准或时间频率标准等,能方便航天员或机械臂在空间进行科学实验中获得标准参数。

3)传感器(如温度、湿度、振动、流量、压力、真空等)在轨标定技术研究。航天器在轨运行过程中需要定期标定关键部位的传感器,为故障诊断、健康预测等空间活动提供数据,为在轨维护维修提供验收证据。目前研究领域主要集中在通过预装标准物质、标准激励信号等方法实现部分传感器的在轨标定。

4)气体成分测量仪在轨标定技术。空间站有害气体传感器、气体成分传感器在地面实验中需要定期标定,在轨运行中无法定期标定,需要进一步研究标准物质及其在轨标定装置。

5)遥感定标器技术研究。光学、微波以及多光谱遥感探测仪需要定标器,地面提供的标准信号能够获得7%的准确度,专用于遥感定标的标准卫星将能够提高到1%。需要研究设计携带标准光源的标准星。

6)标准器具黑匣子及校准方法研究。在标准器具及标准物质运输过程中,黑匣子可记录环境的变化评估运输过程参量对标准参数的影响,为量值可靠性判断提供依据。向空间发送计量器具类似于标准物质的传递,空间计量标准器具更关注稳定性,尤其在运输过程中的变化特性。

7)空间计量管理模式研究。研究空间技术应用的基本单位和复现基准器具,研究不同引力场中基本物理量和国际基本单位制在空间的适应性。研究计量周期的合理性,提出合理的周期校准要求,研究溯源途径合理性,提出工程区域参考标准以及工程区域量值统一的管理方法。

摘自--徐思伟 苏新光 张书锋 刘碧野 刘 民 张少楠--空间计量技术研究现状及展望