歐洲航天局（ESA）近期對其航天機構微振動測試設施完成了一次里程碑式升級——測量能力提升十倍。此次升級的核心驅動力，來自奇石樂創新測力傳感器。新設施能夠捕捉超乎想象的微小振動，覆蓋精細指向機構、反作用力飛輪、低溫冷卻器等關鍵航天部件。對于某些機構而言，所涉及的力遠小于1mN，甚至無法被人體感知。從手表滴答到航天器指向機構的微弱顫動，如今都在新設施中纖毫畢現，為下一代航天任務提供了前所未有的驗證精度。

航天機構超低水平的微振動，是現代航天器執行高精度地球觀測、交會對接等任務的關鍵前提。

新航天時代的隱形課題：當微振動被看見

當前，航天領域正經歷深刻變革：技術突破與新興參與者（無論是國家航天機構還是私營公司）不斷挑戰極限，推動著一個被稱為“新航天（NewSpace）”的全球新生態加速成型。隨之而來的，是航天器性能需求的持續攀升，也由此催生了對微振動測試的空前重視。

微振動，是指航天器與衛星中運動機構（如反作用力飛輪、太陽能電池陣、低溫冷卻器）所產生的微小擾動。若不加補償，這些擾動會影響設備性能，例如引發相機模糊或畫面抖動。

一場十倍精度的躍遷：從20mN到低于1mN

面對行業升級需求，ESA決定對位于荷蘭的歐洲空間研究與技術中心（ESTEC）微振動測試設施進行技術升級。作為ESA最大的基地，ESTEC擁有超過2500名員工，下設技術、工程與質量主管局等機構。新設施被命名為“機構微振動特性測試設施”（MMCF），承擔著航天機構的設計、分析與測試支持，由ESA與法國SEREME公司聯合打造。

來自ESA的Sandro Patti負責該設施的運行。他介紹道：“我們為飛行任務提供航天機構的技術設計、分析與測試支持。航天機構涵蓋部件間存在相對運動的各類設備。”

MMCF的前身——反作用力飛輪特性測試設施可追溯至2009年，當時已借助奇石樂壓電力傳感器達到20mN和2mNm的測量閾值。而新一代MMCF自2021年規劃、2023年11月投用，搭載了四枚奇石樂9067C/QKI80原型傳感器，其核心元件為奇石樂自主培育的PiezoStar晶體，該晶體性能優于天然石英。配合特殊切割工藝，傳感器靈敏度是其前代產品的十倍，串擾降至三分之一。

“結合低噪聲電纜與配套電子設備，這些傳感器在新MMCF設施的卓越性能突破中發揮了關鍵作用。”Patti表示。

擁有先進PiezoStar晶體的四枚奇石樂9067C/QKI80原型力傳感器，將航天機構微振動測試靈敏度提升十倍，串擾降至三分之一。

一塊花崗巖上的測量藝術：構筑靜謐無擾的測試環境

為構建能夠測量六自由度（Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz）所有輸出力與扭矩(EFT)的測力臺，四枚傳感器被安裝于一塊重達1.37噸的花崗巖基座上。基座下方設有阻尼系統，進一步隔離地面干擾。基座頂部安裝的四枚三軸傳感器上方，有一塊高剛度、輕質量的陶瓷板，被測單元即置于其上。此外，團隊還搭建了一個聲學“帳篷”——在測試間內設置小隔間，有效屏蔽100Hz以上的環境噪聲。

這套層層部署的結構，將外界干擾壓減小到前所未有的低水平。

由奇石樂測量鏈驅動的歐洲航天局MMCF測力計，能夠捕捉遠低于1mN的微小力與力矩。

實驗室里培育的晶體，樹立精密測量的新坐標

奇石樂的PiezoStar晶體之所以能實現如此突破，得益于其在奇石樂內部完成的培育與定向切割。根據傳感器類型的不同，晶體晶圓需經過精確定向與切割，以獲得最佳壓電性能。

相較傳統石英，PiezoStar晶體具備更高的靈敏度（優于石英十倍）、更低的串擾、優異的線性度與極低遲滯，且所需預緊力更小。

能識別手表滴答的測力臺：精度超越想象

新測力臺的實際表現達到了前所未有的測量精度水平。Patti舉了一個令人印象深刻的例子：“我們僅僅通過測得的振動數據，就能還原附近有人在說什么。后來我們把一塊昂貴的現代手表放在測力臺上，它精確捕捉到了每秒六到八次的滴答跳動——這種力你在手腕上永遠感受不到，因為它的力值遠低于1mN。”

達到這一精度的背后，是整條壓電測量鏈上電氣噪聲的系統性壓制。ESA團隊與奇石樂協作，確定現場測量系統的噪聲基線。通過特殊同軸電纜、奇石樂5080A實驗室電荷放大器及多項技術手段，電氣噪聲被大幅壓低，以至于機械噪聲成為唯一限制因素。

投入運行前，設施還完成了包括靜態與動態激勵、參考比對在內的全面校準與驗收。MMCF客戶可獲取詳細報告，全面了解設施在靈敏度、線性度、頻率響應等維度的高水平表現。

奇石樂5080A多通道電荷放大器，在寬廣測量范圍內確保高信號質量，是復雜測力計應用的理想方案。

超出預期的市場回響：從航天到半導體的能力外溢

“奇石樂在傳感器潤滑、預緊等細節問題上也給予了及時而有效的支持，”Patti說道，“我們對新設施的性能極為滿意——它確實超出了我們的預期。”

迄今為止，已有天線機構、反作用力飛輪和低溫冷卻器機構在該設施上完成測試。高分辨率的EFT數據正吸引越來越多的內外部客戶。所獲取的數據集可用作分析模型與仿真的輸入，用于優化航天機構及系統的性能與效率——例如評估光學儀器在干擾機構影響下的表現。

Patti透露，MMCF的應用領域正在拓展：“我們目前正尋求將EFT服務延伸至非航天領域，半導體行業只是一個開始。事實上，我們已經收到了來自其他行業的測試請求。”