1.3 微小型无人系统的发展对技术的挑战

1．系统化带来的挑战

基于微米、纳米技术发展起来的微机电系统，由于是高度集成的光机电一体化系统，传感器是系统不可分割的一部分，因此给测试、校准带来新的问题。图1.1为微流体测控系统工作原理图，由迂回型密集微沟道、微流量传感器、微型温敏元件、微泵、微接口、流量计等组成，集成、装配在一起。整个系统含有专用的信号处理电路及智能化控制电路，用于对微泵进行智能化驱动。微泵采用宽频、宽电压范围下工作的单膜无阀微泵，不仅易于微装备实现微系统集成化，而且有利于在宽范围内调节微流体的流动指标。由于无阀微泵具有无活动微部件、对流体介质无损伤等特点，因此工作可靠、稳定、寿命长，非常适合长期工作在微流体测控系统（小卫星、集成电路芯片等）或化学微配给系统中。微型温敏元件和微流量传感器采用半导体和金属薄膜传感器结构实现。

图1.1 微流体测控系统工作原理图

集成在微流体测控系统中的微型温敏元件和微流量传感器能够对温度和流量进行实时监测，信号处理电路可根据温度和流量的变化自动调节微泵的工作状态，从而实现微流体测控系统的智能化控制。由于流量计集成在系统内，因此如何校准是有待于解决的问题。由此可以看出，在微小型无人系统中，测试技术不再是处于从属的、服务的地位，而是必不可少的重要组成部分。

2．微型化带来的挑战

由于微小型卫星的体积很小，质量很轻，因此用来精确定位和调控姿态的推进脉冲量级约为10-4-10-6N·s。传统火箭推进器含有燃烧箱、控制阀、燃烧室和喷管等，结构复杂，体积、质量大，无法提供小而精的脉冲推力，不能用于微小型卫星。火箭芯片是一种新概念的微型推进器，以阵列形式将大量一次性推进单元制作在三合夹层的芯片上。其中，上层为喷管和爆破薄膜硅片；中层为用玻璃制作的含有推进剂的燃烧室；下层为多晶硅上的起爆电阻。推进单元可提供一个被称为脉冲比特的脉冲量。推进单元既可单独作用，也可多个同时作用或顺序作用，依次向微小型卫星提供不同大小和不同方向的作用力。其冲量、功率、能量的测试、计量是十分重要的，可评估不同尺寸膛室的推进效能。目前没有很好的测试方法。虽然纳米碳管可作为微传感器进行单个细胞称重，但如何计量也是一个难题。

3．性能提高带来的挑战

由于MEMS，即微机电系统（Micro-Electro Mechanical System）传感器的固有特点，使其性能有所提高，如微机电加速度传感器，美国已将其量程提高到20万个加速度，固有频率为1MHz；俄罗斯则进一步将其量程提高到40万个加速度，这样高量程、高频响的传感器给测试、校准提出了新的问题。

总之，由于微小型无人系统的发展，势必给测试技术提出一些新的课题。而微小型无人系统测试技术的突破，也必然促进微小型无人系统跨越式的发展。