11月18日13时59分,神舟十一号飞船返回舱在内蒙古中部预定区域成功着陆,执行飞行任务的航天员景海鹏、陈冬身体状态良好,天宫二号与神舟十一号载人飞行任务取得圆满成功。在神舟十一号顺利回家的背后,有哪些看不见的力量在默默支撑?《经济日报》记者专程采访了中国航天科技集团公司第五研究院的科研人员,探听神舟十一号回家背后的故事。
一项始于1958年的探索
中国航天科技集团五院508所自1958年起,一直进行航天器回收着陆技术的研究,承担我国各类航天器的回收着陆重任,是保障神舟十一号顺利回家的重要力量。508所相关科研人员向记者介绍了我国航天器回收着陆技术的发展历程——
1959年7月10日,508所提出T7M探空火箭研制任务,以此探索液体探空火箭研制的技术途径。该型号是我国航天器回收着陆技术的启蒙型号。1960年4月17日,T7M-003探空火箭发射升空,箭体乘降落伞徐徐降落在东海之滨,这是我国航天器回收着陆历史上的首次成功。1966年发射的两枚T—7A火箭,成功实现了我国首批次小狗上天的回收着陆任务。
相关科研人员介绍,在我国国防装备大型实验数据舱回收系统研制中,为摸清有效载荷再入大气层过程中的各种情况,需对再入段进行实时测量。当再入速度达到马赫数10甚至更多时,有效载荷与周围空气摩擦产生的温度可达到千摄氏度以上,会出现“黑障”现象。在当时遥测技术无法解决的情况下,必须将这阶段的数据先存储在有效载荷的数据舱磁带中,在着地前将数据舱弹出,对其实施减速并回收,然后通过回收磁带的方式获取数据。
508所承担了此项任务,先后参加了四十余次发射,全部完成回收任务,为我国国防事业发展作出了重要贡献,也使航天器回收着陆技术得到了进一步发展。1980年5月18日,在我国首次远程火箭全程试验中,南太平洋成功回收数据舱就是一个意义重大的成功范例。
返回式卫星的回收是我国航天器回收着陆技术跨越的又一大步。科学实验卫星回收系统是我国第一个卫星回收系统。在此次系统研制中,508所科研人员经过大量理论分析计算、地面试验和风洞试验验证,解决了降落伞、时间机构、真空润滑等多项关键技术。1976年12月10日,508所首次成功完成科学实验卫星回收舱的回收任务,使我国成为世界上第三个实现卫星回收的国家。2016年4月18日,实践十号卫星安全降落在预定着陆区域,我国返回式卫星时隔十年后再次安全回家,为我国返回式卫星金牌回收系统再添一枚新的勋章。
截至目前,508所先后完成了我国所有7个型号返回式卫星回收系统的研制,参加了25次发射飞行试验,成功率达到100%。
载人飞船回收是我国近年来取得的又一大突破。1999年11月20日,神舟一号无人试验飞船发射,次日成功降落在着陆场,回收着陆系统首次圆满完成飞船回收与着陆任务。神舟五号于2003年10月15日发射升空,次日返回舱载着我国首位航天员杨利伟安全着陆,圆了中华民族的飞天梦想。2013年6月,神舟十号飞船返回舱载着3名航天员成功着陆,为我国载人天地往返运输系统首次应用性飞行画上了圆满句号。2016年6月26日,多用途飞船返回舱安全着陆,为我国载人航天工程空间实验室阶段首次飞行任务画上圆满句号。
2014年,嫦娥五号飞行试验器在完成近80万公里的绕月旅行后,以接近第二宇宙速度进入大气层,并采用半弹道跳跃的方式再入返回地球家园。这是我国首次航天器深空飞行后进行回收着陆,标志着航天器回收技术达到了能够满足深空探测返回的水平,是我国航天器回收技术发展的重要里程碑。
在我国后续飞船的论证和研制中,基于返回质量和飞行参数等技术条件的不同,回收着陆系统将采用基于群伞的气动减速方案,并需要在超音速条件下打开稳定减速伞。目前,508所已经成功完成了大型群伞技术的验证和超音速稳定减速伞技术验证,为我国载人航天的创新发展提供了重要参考。
多项安返神器显神功
中国航天科技集团公司第五研究院相关负责人说,“面对从神舟一号到神舟十号‘十战十捷’所积累下的雄厚技术储备和成熟产品序列,五院没有止步不前,而是针对神舟十一号飞船运行、返回轨道提高所带来的新风险,开展了持续的技术创新,在保证航天员返回生命安全的基础上,自我加码,聚焦保障航天员身体健康这一更高的要求,对成熟技术、产品、工艺进行了创新和优化,让航天员回家之路更安全、舒适”。
检漏是航天员进入返回舱后的首要工作,只有确保舱门与接口处完全密闭,才能保障航天员在乘返回舱回家时,始终处于一个安全的.空间内。“我们研制的载人飞船舱门快速检漏仪,整个仪器不到5公斤,自动完成全部检测所需时间小于8分钟,可以实现对舱门密封情况的快速、准确检漏,产品性能达到国际先进水平。”五院510所技术人员告诉记者,舱门快速检漏仪将成为后续空间站和货运飞船等任务的标配,为中国载人航天工程实施提供重要保障。
从距离地球393公里的深空返回,对于神舟飞船返回舱而言是一次从未经历过的极端挑战。返回舱身处深空低温环境中时,轨道高度的增加将让返回舱经受更长时间的低温考验,舱内数十台设备存在因低温结露而罢工的风险;返回舱在进入大气层后,又因与大气的剧烈摩擦,表面温度会急剧上升,最高可以达到1500多摄氏度。为让航天员和舱内设施经受得起这“冰火两重天”的挑战,五院总体部勇于创新,为神舟十一号返回舱武装上了“多层防护衣”这一利器。
防护衣的里层是厚厚的划分成网格状的防烧蚀材料,防护衣外表面喷涂了特殊设计的有机热控涂层,在大大提高外热流吸收能力的同时,还能有效降低红外辐射能力。此外,在防护衣内部,五院技术人员还通过增加舱壁加热回路、优化风机管道布局、增加设备单独隔热层等措施,增添了新保险。通过多重保护,科研人员确保了返回舱温度始终维持在30摄氏度以内这一适宜的温度。
为让航天员在返回过程中遇到突发情况也能泰然处之、安全归来,五院502所和西安分院采用更加智能的产品武装神舟十一号,让其具备“出现一个故障系统正常工作,出现两个故障保证飞船安全返回”的本领。西安分院研制的仪表控制器应用软件显著提升了飞船自主运行的能力,确保飞船可以在地面指挥系统无法提供支撑的紧急关头,自主进行应急返回,并通过神经网络计算落点的控制参数,辅助航天员确定落点的优选方案。
在502所自主研制的新一代SoC片上系统芯片和SpaceOS高可靠实时星载计算机操作系统支撑下,神舟十一号返回的制导与控制性能将更为优异:在落地精度上有了大幅提高,优化的轨道方案将减轻失重下高负荷对航天员的压力;并使得飞船具备了“半自动控制模式”这一独特本领,在航天器姿态失控时,航天员只需要操作几个按钮就可以建立正常姿态,为安全回家再上一道保险。
降落伞和缓冲发动机是保障航天员安全返回的重要防护网,他们将联手合作,让返回舱温柔地拥入地球母亲怀抱,减轻着陆冲击对航天员健康的损害。针对飞船回收着陆系统不可测试环节多的特点,五院508所利用仿真手段进行了充分有效的校核验证。γ光子测距技术是决定缓冲发动机“精准刹车”的关键,508所研制出具有自主知识产权的γ高度控制装置,填补了国内高精度γ光子测距技术空白,通过神舟十号全面验证了产品性能,为神舟十一号返回舱落地前“稳、准、好”的刹车提供了有力保障。
把“3个篮球场”装进“冰箱”
把3个篮球场装进冰箱需要几步?这个听起来像开玩笑的问题,却真真切切地摆在五院508所科研人员面前。原来,神舟十一号飞船降落伞装置主要用于降低返回舱的速度,保证返回舱的稳降姿态,使航天员安全平稳降落。其中,主伞面积约1200平方米,全部展开后可以覆盖3个篮球场。主伞虽然块头大,但重量却不到100公斤,收拢后装进伞包内的体积还不到200升,可以塞进普通的家用冰箱。然而,这种“塞”可不是随便一揉塞进去,而是需要一项高技术含量的工作——包伞。
“按专业说法,包伞就是将降落伞的伞衣、伞绳和连接吊带等部件装进伞包内,使之保持一定的几何形状,并保证伞衣等部件在工作前不受气流吹袭和不与其他物体钩挂,在工作时则要保证按预定程序开包工作。”五院508所相关技术人员告诉记者。
原来,降落伞制作完成经检验合格后,就进入了包伞环节。整个包伞流程有几十道工序,主要步骤有:晾伞(用于释放材料内应力和清理多余物、叠伞衣(将伞衣按顺序整理、梳理伞绳(确保任意两根伞绳不出现交叉或缠绕、整理伞包、装填降落伞、封包、称重。每一步都影响着1200平方米的巨伞怎样装进200升的伞包,其中最关键的就是梳理伞绳、装填伞衣、封包等环节。
生活中,我们经常会遇到耳机线、电源线、项链等打结的情况,得花不少时间将其解开。神舟飞船降落伞有96根伞绳,伞绳长度将近50米,该如何摆放确保它们不会缠绕“打架”呢?相关技术人员道出了“秘诀”:首先,伞绳采用特殊材料制成,表面光滑,本身就不容易打结。其次,工作人员会用一种叫梳绳夹的工具,将伞绳按照编号顺序依次排列进梳绳夹内。工作人员手持每12根一组的梳绳夹,从头理到尾,近50米的距离来回要走好几趟。梳理之后的伞绳就可以整齐有序地排列在伞包内,保证了伞绳拉出时不打结不缠绕。
要把降落伞装进伞包既需要技术人员灵巧的双手,也需要借助15吨的压力。把伞衣装填进伞包时,需要3个人同时操作,一人为主,两人为辅。辅岗两名人员负责整理伞衣并送入伞包,主岗人员负责将伞衣叠放平整并初步压实。伞衣折叠后像卷起来的棉被一样粗,装填进伞包既要均匀有序,又要充实饱满,不留空隙,这力度的控制全靠包伞人员的双手。压实伞衣时,用拳、用掌还是用手指,要根据伞衣在伞包中的位置灵活使用,不能蛮干,否则会损伤伞衣,一定要用那么一股巧劲儿。当然,只靠人的双手,很难将降落伞全部装填进伞包中,还需要来自压力包伞机重达15吨的压力,将伞衣、伞绳和连接吊带等部件压进伞包内。包伞过程需人工与压力包伞机配合进行,底层伞衣用包伞机压实后,便可以继续手工装填。反复数次,降落伞便全部被装进伞包内。
伞衣伞绳全部装填进伞包后,需要将伞包的口封住,专业人员管这个叫“封包”。由于伞衣伞绳是在压力包伞机的巨大压力下塞进伞包内部,当包伞机压力撤除,伞包内压实的伞衣伞绳也会随压力减小而膨胀。因此,封包就需要在压力解除但伞衣还未来得及膨胀的一瞬间进行。两名操作人员同时抽紧封包绳,要求两人力量均等且同步,慢慢收紧封包绳。围成的绳环大小达到规定尺寸后,第三名操作人员系紧封包绳。整个封包过程持续十几分钟。封包结束,操作人员一般都会甩甩手,缓解一直紧绷的肌肉,强度不亚于在健身房锻炼两个小时。
从200升的伞包到空中1200平方米的巨型降落伞,其展开过程也就几十秒。但这短短几十秒背后,却是包伞人员数天的包装、加工人员数月的缝制、设计人员数年的计算与试验。
昨夜,阵阵寒意袭来,北风呼呼,秋意渐浓。但也就是在昨夜,浩渺的宇宙星辰之中,又多了一抹中国的光辉——神舟十三号载人飞船发射成功。三位中国航天员将在中国自己设计建造的宇宙空间站中“出差”六个月,完成一系列的科学研究和实验。这是中国的骄傲,是中国的信念,也是属于中国的璀璨辉煌。
在人类探寻宇宙和日月星辰时,一辈又一辈的中国航天员们不断拨开未知的云雾,他们努力拼搏、不畏艰难,他们像一群追梦的少年,满怀理想,勇往直前地追寻着航天梦、中国梦,为他们点赞。
探寻苍穹,光耀中华,祝愿航天员们顺利圆满,平安归家,祝福我们伟大祖国繁荣昌盛,永远强大!
10月17日7点30分,神舟十一号飞船搭乘长征二号F Y11运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射升空,顺利将我国两名男航天员景海鹏、陈冬送入太空。这是我国实施的第六次载人飞行任务。
神舟十一号飞船和长征二号F Y11运载火箭分别由中国航天科技集团公司五院和一院抓总研制。
神舟十一号飞船入轨后,将在2天内完成与天宫二号空间实验室的自动交会对接,形成组合体,航天员进驻天宫二号,组合体在轨飞行30天。其间,2名航天员将按照飞行手册、操作指南和地面指令进行工作和生活,按计划开展有关科学实验。完成组合体飞行后,神舟十一号撤离天宫二号,并于1天内返回至着陆场,天宫二号转入独立运行模式。
此前,天宫二号已于9月15日夜成功发射,目前运行在高度393公里的近圆对接轨道上,状态稳定,设备工作正常,推进剂等消耗性资源充足,满足交会对接任务要求和航天员进驻条件。
神舟十一号飞船是神舟飞船家族的第11位成员,它充分继承了神舟十号飞船的技术状态,主要功能和技术指标保持不变。为了满足本次任务的要求,以及进一步提高飞船的安全性、可靠性,验证未来的航天技术,飞船在原有基础上对三个方面进行了部分技术状态更改:一是调整轨道控制策略和飞行程序,优化调整了货物装载的.布局方案;二是新增配置了宽波束中继通信终端;三是升级改造了交会测量设备。
神舟十二号返回地球一个月后,神舟十三号接续飞往中国人自己的空间站。10月16日凌晨0时23分,头顶大漠月色,3名中国航天员翟志刚、王亚平和叶光富乘坐神舟十三号载人飞船驶向星海,开启为期半年之久的太空驻留。火箭托举飞船腾空而去,照亮天穹,这一刻,凝结了探索与勇气、创新与智慧的人类航天事业,无疑是星空下、地球上最为浪漫的。
飞天梦想的接力,将再次刷新中国空间站建造进度。神舟十三号载人飞行任务承上启下,意义特殊。作为空间站关键技术验证阶段第六次也是最后一次飞行任务,神舟十三号航天员在太空的半年“出差”和忙碌,将为空间站关键技术验证画上句号,为空间站建造阶段的开启打下基础。建造空间站、建成国家太空实验室,是实现我国载人航天工程“三步走”战略的重要目标,是建设科技强国、航天强国的重要引领性工程。在这个目标的牵引下,如今第十三艘神舟飞船飞向太空,航天员第八次飞出地球,次数递增的背后并不简单,体现的是中国人在登天阶梯上的不断攀高。
不断刷新的飞天足迹,彰显了中国航天在创新道路上一往无前的豪迈。2003年10月15日,杨利伟乘坐神舟五号飞船绕地球飞行,中华民族千年飞天梦圆;18年后的几乎同一天,3名“神十三”航天员“太空出差”入住舒适的太空之家。18年间,从“一人一天”,到“三人半年”,从太空出舱,到空间站舱外维修……包含神舟十三号在内的我国载人航天工程8次载人飞行,可以说次次都充满挑战,但也次次都是创新、次次都是跨越。
第一次飞往太空的“神十三”航天员叶光富期待着能从太空饱览祖国的大好河山;到了太空的航天员会“感觉”地球的引力变得微乎其微,祖国的引力却越来越重,凯旋的第一句话总是发自肺腑的“我为祖国感到骄傲”;神舟团队自豪地喊出“以国为重”……正是有千千万万的航天工作者心怀“国之大者”接续奋斗,刚刚走过第六十五个年头的中国航天事业,才能渡过难关、跨过艰险,铸就自立自强的奇迹,更令无数中国人对航天人衷心说上一句“你是我的荣耀”。新时代中国航天事业无数奋斗者、攀登者努力奔赴星辰大海,必将激励每一个中国人为自己的梦想奔跑。
人类探索太空的步伐永无止境。建造空间站,是中国航天事业的重要里程碑,将为人类和平利用太空作出开拓性贡献。中国自主建造的空间站以“天宫”命名,寄寓着中国人的豪迈志气和探索精神。航天员一次又一次在浩渺太空迈开脚步,中华民族追逐自己的飞天梦想勇往直前。
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