在2019年十一國慶慶典現(xiàn)場(chǎng)，70個(gè)大型充氣燈籠分成兩組，每組35個(gè)，沿南北方向分列廣場(chǎng)兩側(cè)，每個(gè)燈籠之間大約相隔20米。不少觀眾發(fā)出贊嘆，直徑5米、高4.2米的這種龐大燈籠，是如何實(shí)現(xiàn)保持在穩(wěn)定的高度、幾乎始終一動(dòng)不動(dòng)的？這其中，少不了傳感器技術(shù)，如無線溫度傳感器、壓力傳感器、IMU等傳感器技術(shù)的參與。

　　十一國慶閱兵期間，天安門廣場(chǎng)東西側(cè)路上空懸浮著70個(gè)大型充氣燈籠，飄立在空中一動(dòng)不動(dòng)

　　據(jù)燈籠總體技術(shù)負(fù)責(zé)人、中國航天科技集團(tuán)航天五院508所回收著陸專業(yè)青年專家陳旭透露，為保證安全性和穩(wěn)定性，大型充氣燈籠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全采用了航天標(biāo)準(zhǔn)。其中，支撐燈籠的6毫米粗的系留繩，采用的是芳綸繩，能承受800公斤的力，確保了燈籠的絕對(duì)安全。

　　508所的主業(yè)之一是航天器回收著陸技術(shù)研究，而回收衛(wèi)星、飛船的減速部件降落傘就是柔性材料，然而設(shè)計(jì)同樣是柔性材料做成的大型充氣燈籠，對(duì)他們來說還是存在挑戰(zhàn)。

　　大燈籠研制采用了航天標(biāo)準(zhǔn)，資料圖

　　所謂一動(dòng)不動(dòng)，是從觀眾的視角看，而從檢測(cè)數(shù)據(jù)看，采用五點(diǎn)系留法的燈籠能夠基本實(shí)現(xiàn)在一定風(fēng)力下，幅度相對(duì)較小的位移。實(shí)際上，這些燈籠在空中會(huì)有10厘米到20厘米的擺幅。三四級(jí)風(fēng)時(shí)，會(huì)有0.5米到1米的擺幅。六級(jí)風(fēng)以下，燈籠都可正常使用。

　　平穩(wěn)懸在20多米空中的燈籠背后，并不只是簡(jiǎn)單的“放燈籠”，而是要綜合運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)和理論力學(xué)等專業(yè)知識(shí)。所謂“系留”技術(shù)，其實(shí)從字面上也很好理解，就是“系住并留住”，把大型燈籠穩(wěn)穩(wěn)地留在空中。

　　據(jù)了解，以前在太陽暴曬的情況下，燈籠會(huì)不會(huì)爆、里面氣壓多大，全憑手拍。這次，我們?cè)跓艋\里內(nèi)置了防刺的無線測(cè)量設(shè)備，內(nèi)部氣壓多大，隨時(shí)可測(cè)量。

　　技術(shù)人員為大燈籠安裝傳感器監(jiān)測(cè)裝置，資料圖

　　為了能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到大型充氣燈籠內(nèi)部的壓力、溫度參數(shù)，燈籠自身的位移、姿態(tài)變化以及各系留繩的受力情況，研制人員在試驗(yàn)中采用了多種無線傳感器進(jìn)行測(cè)量。在試驗(yàn)過程中，技術(shù)團(tuán)隊(duì)特意在燈籠上安裝了無線溫度壓力傳感器，對(duì)燈籠的抗風(fēng)、抗壓、抗曬等性能有了更深入細(xì)致的了解。在技術(shù)上做到了萬無一失。

　　燈籠是柔性結(jié)構(gòu)，內(nèi)部測(cè)量設(shè)備不能對(duì)球體產(chǎn)生破壞，同時(shí)固定在球體上的姿態(tài)測(cè)量裝置又需要有良好的剛性連接。針對(duì)這些問題，在具體安裝時(shí)，研制人員集思廣益，將內(nèi)部測(cè)量壓力、溫度的傳感器安裝在一個(gè)泡沫球殼內(nèi)，但又讓傳感器露出。這樣，即便傳感器在燈籠內(nèi)部翻滾，也可以保證既準(zhǔn)確測(cè)量到參數(shù)又對(duì)球體不產(chǎn)生破壞。據(jù)介紹，借助于無線溫度壓力傳感器，可以了解打燈籠隨著溫度變化的壓力變化情況，以及透氣性能。

　　在增加了傳感器測(cè)量手段后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)燈籠抗風(fēng)性能，還有升溫抗壓性能等的認(rèn)識(shí)更為深刻，也更有信心了。

　　傳感器技術(shù)讓大燈籠數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)更加精準(zhǔn)，資料圖

　　此外，技術(shù)人員還在燈籠頂部加裝了IMU（慣性測(cè)量單元）無線傳感姿態(tài)測(cè)量設(shè)備。當(dāng)燈籠升空后，是“紋絲不動(dòng)”還是“看著一動(dòng)不動(dòng)”，都有精確的數(shù)據(jù)。IMU（Inertial Measurement Unit）即慣性測(cè)量單元，是測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體慣性運(yùn)動(dòng)，輸出三軸加速度和三軸角速度等信息的電子元件，用于姿態(tài)角和運(yùn)動(dòng)路徑等測(cè)量。IMU常常還包含了磁力計(jì)、壓力計(jì)、溫度計(jì)和GPS等輔助單元，相互配合完成更復(fù)雜的任務(wù)。目前，IMU可廣泛用于姿態(tài)角確定、動(dòng)作捕捉、無人機(jī)鏡頭防抖等應(yīng)用中。

　　在具體安裝時(shí)，為將IMU姿態(tài)測(cè)量裝置固定在燈籠上，技術(shù)人員在燈籠頂部縫制了一圈扣襻，將姿態(tài)測(cè)量裝置的剛性支座通過繩帶連接在這圈扣襻上。當(dāng)燈籠充氣達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，這圈扣襻上的繩帶都均勻繃緊，將支座牢牢地固定在宮燈頂部。此外，研制人員還將多種無線傳感器在同一時(shí)間下進(jìn)行記錄，從而獲得燈籠在風(fēng)力作用下的位移姿態(tài)變化、內(nèi)部壓力、溫度、系留繩上拉力等的相互關(guān)系，為燈籠的設(shè)計(jì)完善提供更精準(zhǔn)的依據(jù)。

　　據(jù)陳旭介紹，在大燈籠研制和測(cè)試過程中，有了無線溫度壓力傳感器、IMU等傳感器測(cè)得的傳感器數(shù)據(jù)，讓技術(shù)人員隨時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)變得更加方便，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)驗(yàn)證更加精準(zhǔn)。

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