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從7月雙曲線一號(hào)運(yùn)載火箭的“一箭雙星”成功發(fā)射，到12月商業(yè)公司銀河航天自主研制的首顆5G低軌寬帶衛(wèi)星正式出廠，2019年可謂中國(guó)商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的“大年”！據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球衛(wèi)星發(fā)射需求總量超過4.8萬顆，中國(guó)對(duì)衛(wèi)星發(fā)射的需求量亦超過4300顆。但實(shí)際上，目前全球正常在軌運(yùn)行的衛(wèi)星僅有2000余顆。顯然，在“國(guó)家隊(duì)”航天探索之外，商業(yè)航天的市場(chǎng)潛力不可忽視，且正在進(jìn)入高速建設(shè)的發(fā)展時(shí)期！
商業(yè)航天蓬勃發(fā)展，離不開整體供應(yīng)鏈?zhǔn)袌?chǎng)與航天系統(tǒng)的變革。在傳統(tǒng)航天系統(tǒng)中，50%的投資在于運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，而在新航天系統(tǒng)中，2/3的成本在于開發(fā)、生產(chǎn)和測(cè)試。在加入了“測(cè)試”的新玩法之后，商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)如何推進(jìn)與落地？又有哪些難題和挑戰(zhàn)？航天測(cè)試領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者NI（National Instruments）認(rèn)為，中國(guó)商業(yè)航天市場(chǎng)具備特殊的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)，NI正以產(chǎn)業(yè)橋梁的角色連接研究機(jī)構(gòu)與商業(yè)公司的緊密合作，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的資源調(diào)配與推動(dòng)創(chuàng)新應(yīng)用落地，其中包括降低測(cè)試成本與設(shè)備投入、優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施管理、人才培養(yǎng)等合作模式，多維度開放、構(gòu)建生態(tài)加速商業(yè)航天發(fā)展！
提升50%測(cè)試效率，錢學(xué)森實(shí)驗(yàn)室與NI聯(lián)手創(chuàng)新
“錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室-NI空間技術(shù)研究與應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌成立，旨在建立一個(gè)空間技術(shù)研究與應(yīng)用領(lǐng)域的國(guó)際化合作平臺(tái)，通過科研單位與企業(yè)之間在理論研究與人才培養(yǎng)等方面建立長(zhǎng)期緊密的合作，實(shí)現(xiàn)理論成果向技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變！
“錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室-NI空間技術(shù)研究與應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”正式揭牌成立
據(jù)悉，錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室著力于研究未來空間系統(tǒng)，專注前沿技術(shù)和應(yīng)用科學(xué)，主要領(lǐng)域包括空間應(yīng)用與空間科學(xué)，前者涵蓋通信與網(wǎng)絡(luò)、空間對(duì)立觀測(cè)、空間能源需求等主題，后者則涵蓋天文科學(xué)、地球科學(xué)等相關(guān)研究，并建成了包括先進(jìn)激光技術(shù)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、能源實(shí)驗(yàn)室、通信與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室等十多個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。
在NI年度用戶大會(huì)NIDays Asia上，錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室副主任劉乃金受邀出席，并在演講環(huán)節(jié)表示：“NI在錢學(xué)森實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中提供了很大的助力，如2017年我們致力于研究下一代星間、星地通信網(wǎng)絡(luò)，基于NI成熟的硬件設(shè)備、搭建了關(guān)鍵的無線電通信網(wǎng)絡(luò)信道模擬器。這一無線電通信網(wǎng)絡(luò)信道模擬器，具有軟件定義、易定制、可拓展的特點(diǎn)，其采用了大規(guī)模的FPGA并行計(jì)算可實(shí)現(xiàn)超大吞吐量以及穩(wěn)定延時(shí)。得益于NI公司的大力支持，整個(gè)模擬器項(xiàng)目的研究，包括測(cè)試工作，足足提升了50%的效率！對(duì)此我們表示十分的感謝！”
基于NI成熟硬件的無線電通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)模擬器
此外，錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室基于NI USRP硬件設(shè)備，為快速原型化無線通信系統(tǒng)提供了設(shè)計(jì)解決方案，并使用了NI的寬帶DAQ卡和控制器來測(cè)量和分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以更快得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。“在未來，雙方聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室還將聚焦人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、微納衛(wèi)星技術(shù)、光電芯片技術(shù)等的研究、測(cè)試與開發(fā)。我相信雙方還將有更多與更好的合作！”劉乃金表示。
交付質(zhì)量把關(guān)，NI致力航天產(chǎn)品全生命周期測(cè)試驗(yàn)證
眾所周知，由于航空航天產(chǎn)品的特殊性對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求可以說比任何一種產(chǎn)品都要苛刻。對(duì)于航空航天領(lǐng)域的測(cè)試仿真設(shè)備而言，為了實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)制造到實(shí)驗(yàn)的完整能力，一方面需考慮研制、生產(chǎn)、維護(hù)過程的縱向綜合化發(fā)展，另一方面則是多型號(hào)裝備協(xié)同保障能力的橫向綜合化發(fā)展，同時(shí)需要采用相同的標(biāo)準(zhǔn)軟、硬件，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如此才能具備較高的可信度和可維護(hù)性。
對(duì)此，中國(guó)航發(fā)控制系統(tǒng)研究所部長(zhǎng)助理/專業(yè)室主任黃學(xué)進(jìn)在NIDays Asia上指出：“基于這樣的趨勢(shì)，中國(guó)航發(fā)控制系統(tǒng)研究所正在構(gòu)建系統(tǒng)綜合仿真器SIE，主要用于被測(cè)對(duì)象基于全生命周期測(cè)試與驗(yàn)證的完整解決方案。SIE采用通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)，包括了ATE、TPS和TUA三部分，并大量使用了NI的軟硬件解決方案。比如在用戶界面與建模仿真中，使用的就是NI LabVIEW和VeriStand。在實(shí)時(shí)采集及控制中，則使用了NI數(shù)采、通訊等板卡硬件。通過使用NI成熟的產(chǎn)品，我們?cè)谏a(chǎn)過程極大地提高了測(cè)試效率，并降低測(cè)試的成本?！?/p>
NI與中國(guó)航發(fā)控制系統(tǒng)研究所共同打造SIE系統(tǒng)綜合仿真器
事實(shí)上，SIE系統(tǒng)的目標(biāo)研究方向涉及到了實(shí)時(shí)數(shù)采、故障注入、接口適配、信號(hào)調(diào)理、人機(jī)交互與視景仿真等多個(gè)核心技術(shù)。通過構(gòu)建SIE系統(tǒng)，可助力產(chǎn)品全生命周期的測(cè)試與驗(yàn)證，包括需求定義的模型在環(huán)、快速原型，工程端的開環(huán)測(cè)試、部件測(cè)試和閉環(huán)仿真，交付端的檢驗(yàn)和維護(hù)等等，可幫助研發(fā)人員對(duì)在研產(chǎn)品進(jìn)行各種類型充分的測(cè)試和驗(yàn)證，消除缺陷和風(fēng)險(xiǎn)，最大程度保障產(chǎn)品的交付質(zhì)量。黃學(xué)進(jìn)表示：“產(chǎn)品的可行度挑戰(zhàn)是航空航天產(chǎn)品的關(guān)鍵，我們將與NI協(xié)同合作、致力創(chuàng)新，緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，為客戶提供專業(yè)的技術(shù)服務(wù)?！?/p>
助力產(chǎn)業(yè)鏈起飛，上海交大與NI攻堅(jiān)航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試挑戰(zhàn)
關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試，往往受限于設(shè)計(jì)理論與模型、材料與制造工藝、試驗(yàn)與仿真、標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量等技術(shù)基礎(chǔ)，使得其在性能、可靠性與耐久性等測(cè)試方向上面臨很大的挑戰(zhàn)！目前，上海交通大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院正聯(lián)合NI，通過產(chǎn)學(xué)研合作的方式來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，致力于支撐航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的OEM廠商、相關(guān)試航審定單位等產(chǎn)業(yè)鏈上下游，提供結(jié)構(gòu)完整性與可靠性等驗(yàn)證服務(wù)。
“為了達(dá)成對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試目標(biāo)，研究院與NI已建成了關(guān)鍵的測(cè)試與驗(yàn)證平臺(tái)?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)歐陽華博士稱，“基于NI的適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)測(cè)量的測(cè)控系統(tǒng)與分析軟件的完善性，這一測(cè)試項(xiàng)目運(yùn)用了NI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與分析系統(tǒng)，來幫助完成關(guān)鍵的壓氣機(jī)測(cè)試。”從壓氣機(jī)的測(cè)試特性來講，首先要測(cè)試壓氣機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)的綜合特性曲線。為了得出這一條曲線，需要先采集壓力、溫度、應(yīng)力、流量等參數(shù)，同時(shí)還要考慮臺(tái)架等設(shè)施裝備的可靠運(yùn)行，如振動(dòng)特性。整體而言，除了傳感器的測(cè)試，更有海量的通道信號(hào)測(cè)試，所有信號(hào)還需實(shí)時(shí)處理，在這一過程中，穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的相關(guān)測(cè)試信號(hào)超過了800個(gè)！
舉個(gè)例子，基于NI PXIe 1085的采集系統(tǒng)，需配合PXIe 4499板卡實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量、PXIe 4353進(jìn)行高精度溫度測(cè)量、PXIe 4419用于臺(tái)架振動(dòng)應(yīng)力信號(hào)采集，以及使用LabVIEW完成系統(tǒng)搭建等，毫無疑問是一個(gè)非常復(fù)雜的測(cè)試方案！“得益于與NI的緊密合作，最后實(shí)現(xiàn)了測(cè)試系統(tǒng)的進(jìn)一步完善、可靠性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高，我們十分感謝NI幫助上海交通大學(xué)構(gòu)建這樣一套切實(shí)可行的基礎(chǔ)研究方案，并期待更多的合作！”
事實(shí)上，SIE系統(tǒng)的目標(biāo)研究方向涉及到了實(shí)時(shí)數(shù)采、故障注入、接口適配、信號(hào)調(diào)理、人機(jī)交互與視景仿真等多個(gè)核心技術(shù)。通過構(gòu)建SIE系統(tǒng)，可助力產(chǎn)品全生命周期的測(cè)試與驗(yàn)證，包括需求定義的模型在環(huán)、快速原型，工程端的開環(huán)測(cè)試、部件測(cè)試和閉環(huán)仿真，交付端的檢驗(yàn)和維護(hù)等等，可幫助研發(fā)人員對(duì)在研產(chǎn)品進(jìn)行各種類型充分的測(cè)試和驗(yàn)證，消除缺陷和風(fēng)險(xiǎn)，最大程度保障產(chǎn)品的交付質(zhì)量。黃學(xué)進(jìn)表示：“產(chǎn)品的可行度挑戰(zhàn)是航空航天產(chǎn)品的關(guān)鍵，我們將與NI協(xié)同合作、致力創(chuàng)新，緊跟技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，為客戶提供專業(yè)的技術(shù)服務(wù)?！?/p>
上海交通大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院采用的NI PXIe 1085采集系統(tǒng)
以測(cè)試提速研發(fā)量產(chǎn)，NI支持長(zhǎng)光衛(wèi)星“百星發(fā)射”規(guī)劃！
除了上述研究機(jī)構(gòu)的合作，NI與商業(yè)航天公司同樣擁有深度合作，其中與新興商業(yè)航天公司長(zhǎng)光衛(wèi)星的合作就是NI在中國(guó)市場(chǎng)的關(guān)鍵布局。2019年初，NI與長(zhǎng)光衛(wèi)星正式簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，開展在商用航空航天領(lǐng)域的全面合作！當(dāng)然，雙方早期的合作還得從“吉林一號(hào)”組星說起。
NI與長(zhǎng)光衛(wèi)星簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議
“吉林一號(hào)”組星是由中國(guó)第一家商業(yè)遙感衛(wèi)星公司長(zhǎng)光衛(wèi)星研制與運(yùn)營(yíng)，開創(chuàng)了中國(guó)商業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用的先河，是中國(guó)第一顆自主研發(fā)的商用高分辨率遙感衛(wèi)星，中國(guó)第一顆自主研發(fā)的“星載一體化”商用衛(wèi)星，中國(guó)第一顆自主研發(fā)的米級(jí)高清動(dòng)態(tài)視頻衛(wèi)星，也是中國(guó)第一次以靈巧方式在軌成功成像，國(guó)產(chǎn)CMOS第一次在軌技術(shù)驗(yàn)證。而NI的測(cè)試設(shè)備在“吉林一號(hào)”的研制過程中發(fā)揮了重要的作用，包括衛(wèi)星單機(jī)測(cè)試、桌面飛行試驗(yàn)等關(guān)鍵項(xiàng)目。基于NI靈活的軟硬件平臺(tái)，提高了長(zhǎng)光衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)的集成性和開發(fā)效率，NI助力“吉林一號(hào)”衛(wèi)星從地面測(cè)試到發(fā)射升空僅需8個(gè)月的時(shí)間，大大縮短了研發(fā)周期。據(jù)悉，長(zhǎng)光衛(wèi)星計(jì)劃在2020年前完成在軌運(yùn)行60顆衛(wèi)星，并在2030年實(shí)現(xiàn)138顆衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù)，NI也將持續(xù)支持長(zhǎng)光衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)“百星發(fā)射”的任務(wù)與規(guī)劃！
正如NI航空航天及國(guó)防軍工事業(yè)部總經(jīng)理/全球副總裁Luke Schreier先生所說：“致力于通過技術(shù)的創(chuàng)新和可靠的軟硬件平臺(tái)，NI提供了覆蓋從衛(wèi)星產(chǎn)品研制到應(yīng)用的整個(gè)生命周期完整測(cè)試解決方案，旨在提高測(cè)試效率，消減日益增長(zhǎng)的測(cè)試支出，從而提高商業(yè)航天企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力！”
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