以极致灵敏捕捉微毫之间的航天脉动 —— 奇石乐传感器助力欧洲航天局微振动测试实现十倍突破

新航天时代的隐形课题：当微振动被看见

当前，航天领域正经历深刻变革：技术突破与新兴参与者（无论是国家航天机构还是私营公司）不断挑战极限，推动着一个被称为“新航天（NewSpace）”的全球新生态加速成型。随之而来的，是航天器性能需求的持续攀升，也由此催生了对微振动测试的空前重视。

微振动，是指航天器与卫星中运动机构（如反作用力飞轮、太阳能电池阵、低温冷却器）所产生的微小扰动。若不加补偿，这些扰动会影响设备性能，例如引发相机模糊或画面抖动。

面对行业升级需求，ESA决定对位于荷兰的欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）微振动测试设施进行技术升级。作为ESA最大的基地，ESTEC拥有超过2500名员工，下设技术、工程与质量主管局等机构。新设施被命名为“机构微振动特性测试设施”（MMCF），承担着航天机构的设计、分析与测试支持，由ESA与法国SEREME公司联合打造。

来自ESA的Sandro Patti负责该设施的运行。他介绍道：“我们为飞行任务提供航天机构的技术设计、分析与测试支持。航天机构涵盖部件间存在相对运动的各类设备。”

MMCF的前身——反作用力飞轮特性测试设施可追溯至2009年，当时已借助奇石乐压电力传感器达到20mN和2mNm的测量阈值。而新一代MMCF自2021年规划、2023年11月投用，搭载了四枚奇石乐9067C/QKI80原型传感器，其核心元件为奇石乐自主培育的PiezoStar晶体，该晶体性能优于天然石英。配合特殊切割工艺，传感器灵敏度是其前代产品的十倍，串扰降至三分之一。

“结合低噪声电缆与配套电子设备，这些传感器在新MMCF设施的卓越性能突破中发挥了关键作用。”Patti表示。

一块花岗岩上的测量艺术：构筑静谧无扰的测试环境

为构建能够测量六自由度（Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz）所有输出力与扭矩(EFT)的测力台，四枚传感器被安装于一块重达1.37吨的花岗岩基座上。基座下方设有阻尼系统，进一步隔离地面干扰。基座顶部安装的四枚三轴传感器上方，有一块高刚度、轻质量的陶瓷板，被测单元即置于其上。此外，团队还搭建了一个声学“帐篷”——在测试间内设置小隔间，有效屏蔽100Hz以上的环境噪声。

这套层层部署的结构，将外界干扰压减小到前所未有的低水平。

实验室里培育的晶体，树立精密测量的新坐标

奇石乐的PiezoStar晶体之所以能实现如此突破，得益于其在奇石乐内部完成的培育与定向切割。根据传感器类型的不同，晶体晶圆需经过精确定向与切割，以获得最佳压电性能。

相较传统石英，PiezoStar晶体具备更高的灵敏度（优于石英十倍）、更低的串扰、优异的线性度与极低迟滞，且所需预紧力更小。

能识别手表滴答的测力台：精度超越想象

新测力台的实际表现达到了前所未有的测量精度水平。Patti举了一个令人印象深刻的例子：“我们仅仅通过测得的振动数据，就能还原附近有人在说什么。后来我们把一块昂贵的现代手表放在测力台上，它精确捕捉到了每秒六到八次的滴答跳动——这种力你在手腕上永远感受不到，因为它的力值远低于1mN。”

达到这一精度的背后，是整条压电测量链上电气噪声的系统性压制。ESA团队与奇石乐协作，确定现场测量系统的噪声基线。通过特殊同轴电缆、奇石乐5080A实验室电荷放大器及多项技术手段，电气噪声被大幅压低，以至于机械噪声成为唯一限制因素。

投入运行前，设施还完成了包括静态与动态激励、参考比对在内的全面校准与验收。MMCF客户可获取详细报告，全面了解设施在灵敏度、线性度、频率响应等维度的高水平表现。