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系列“神器”保航天员太空工作

2021-06-1808:54:54来源:北京青年报

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神舟十二号3名航天员顺利进驻天和核心舱供图/新华社

6月17日,神舟十二号航天员聂海胜(右)、刘伯明(中)和汤洪波在出征仪式上挥手 供图/视觉中国

6月17日9时22分,神舟十二号载人飞船发射圆满成功 供图/新华社

筑梦空间站

航天员如何操控神舟载人飞船?神舟十二号与空间站核心舱之间舱门的密封性如何保证?

飞船返回舱带着航天员回到地球后如何被快速定位和找到?这些关键节点都有赖于航天科研人员的技术研发。

在神舟十二号载人飞船此次任务中,中国航天科技集团五院510所承担了结构与机构、热控、测控、仪表与照明、环控生保等5个重要分系统中共计43台套产品,这些设备与飞船在轨正常工作及航天员的生命安全都息息相关。

用语音、手控等操控飞船

五院510所为我国神舟系列载人飞船提供了种类丰富的舱内显控、语音、手控设备。综合显示单元和时间单元作为飞船的终端显示仪表,为航天员提供飞船运行过程中各分系统参数数据、事件、AD采集数据、时间信息等内容的显示,并配备紧急事件灯窗进行辅助显示。发声单元作为飞船终端语音仪表,为航天员提供飞船运行过程中重要事件和飞行计划的提示以及各类报警信息的语音播报。手控左/右面板单元作为飞船手控终端仪表,为航天员提供飞行期间手动控制GNC的专用控制面板,支持手动运动控制指令的发送。编码指令设备作为飞船终端控制仪表,为航天员提供操纵、控制飞船的人机界面,支持手控指令及控制数据的输入。手控右舱壁单元和开关指令板在飞船飞行期间航天员着航天服被束缚状态时,为其提供必要的操控界面,并具备声、光反馈功能。

操纵棒是航天员手臂的延长器

在载人飞船发射和返回过程中,航天员的身体被牢牢束缚在座椅上,身体不能前倾以完成对仪表板上各设备的操作。为了解决这一难题,操纵棒应运而生。

操纵棒的把手是根据航天员手掌正常抓握状态进行赋型设计的,外部轮廓曲面完美贴合航天员掌心,极大满足航天员操作过程中的舒适度要求。操纵棒杆体设计为可无极伸缩式,航天员可以根据现场条件在一定范围内任意调整操纵棒的长度。同时杆体采用高强度碳纤维材料,手感舒适,外观光泽,极具美感。

舱门快速检漏仪保障出舱安全

在空间站任务期间,航天员要经历神舟十二号飞船与空间站核心舱之间的多次穿舱活动,都需要打开和关闭舱门。维持航天员在舱内生存的气体绝对不能泄漏,舱门是否密封良好具有决定性作用,因此精准快速检测舱门的密封性至关重要。舱门检漏仪通过内部的核心传感系统,感受压力和温度的变化,在很短的时间内判断舱门是否关闭完好,并向航天员提供“舱门已关好,可以脱航天服”的指令。

早期的神舟飞船是整舱加压,通过检测整舱舱压变化来判断舱门的密封性,这种方法虽准确可靠,但缺点是耗时长。510所研发的舱门快速检漏仪在这一基础上进行了改进,实现了对神舟飞船舱门和对接面的快速、准确检漏,填补了国内在该领域的空白。目前,舱门快速检漏仪已经成为载人航天器的必需品,为航天员舱内活动提供坚实的安全保障。

定位搜救飞船返回舱

神舟飞船在执行与空间站交会对接任务后,返回舱将带着航天员和下行货物“回家”。如何能快速而准确地找到返回舱,直接决定着整个任务的成败和航天员的生命安全,这就用到了五院510所研制的国际救援示位标和微波重力水平开关等产品。

国际救援示位标集定位信息获取、数据处理、编码调制发射于一体,具有高定位准确性。返回舱落地后,国际救援示位标会发射无线电信标信号,这种信号符合国际通用标准,能够被岸站遍布世界各地的全球海事卫星搜救系统所识别,从而确保搜救人员能够快速找到返回舱。

该所自主研制的微波重力水平开关从神舟七号载人飞船开始,就成功应用到神舟系列飞船和嫦娥探月等各类型号任务中。比起神舟系列飞船早期使用的、有可能污染飞船并危害航天员健康的进口单刀双掷汞开关,微波重力水平开关采用的是更为先进可靠的电控技术,通过测量天线敏感轴的重力分量,来表征天线敏感轴与水平面的夹角,实现自动切换通信天线方向,技术指标和安全性、可靠性均优于进口的汞开关。

文/本报记者 雷嘉

解密

航天员往返天舟二号取用生活物资

神舟十二号飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接后,航天员进驻天和核心舱,开启为期3个月的在轨驻留之旅。

航天员的工作、生活环境如何?引发无数人的好奇。

据悉,天和核心舱提供了3倍于天宫二号空间实验室的航天员活动空间,配备了3个独立卧室和1个卫生间,保证航天员日常生活起居。

与此同时,就餐区域配置了食品加热、冷藏及饮水设备,还有折叠桌,方便航天员就餐;锻炼区配备有太空跑台、太空自行车,用于航天员日常锻炼;通过天地通信链路和视频通话设备,可实现空间站与地面的双向视频通话和收发电子邮件。

此前成功发射并与天和核心舱完成交会对接的天舟二号已提前送去6.8吨物资,其中就包括航天员在空间站吃、穿、用,乃至呼吸所需的生活物资,以及开展工作所需的实验设备、实验资料等物资。

此外,天舟二号还是航天员在轨驻留期间的“储藏室”和“垃圾桶”。

完成交会对接后,航天员会进出天舟二号取用生活和工作物资。为了让航天员在天上也可以方便快捷地取用、查找自己想找的物资,“储藏室”里的每件货物上都粘贴了一个具备无线射频识别功能的标签,使用专用设备能进行智能定位。

航天员在空间站里产生的生活垃圾、人体排泄物,都会集中到天舟二号舱内存放。完成使命后,天舟二号将带走这些废弃物,在坠入大气层的过程中一同烧毁。

突发情况下“备份”发射船是航天员生命救援之舟

从发射阶段、飞行阶段,到对接阶段、停靠阶段,再到返回阶段,神舟十二号飞行任务中,我国首次实现天地结合多重保证的应急救援能力,在飞行任务的任何阶段,都具有保护航天员安全的预案和举措。

诸多技术保障的背后,是载人航天队伍艰苦奋斗、砥砺前行的身影,他们用行动诠释着“特别能吃苦,特别能战斗,特别能攻关,特别能奉献”的载人航天精神内核。

为保证天地结合的应急救援能力,神舟队伍在此次任务中携带两艘飞船进场,由一艘船作为发射船的备份,作为遇到突发情况时航天员的生命救援之舟。在前一发载人飞船发射时,后一发载人飞船在发射场待命,并具备8.5天应急发射能力。

在两个多月里,一支队伍并行开展两艘飞船的总装、测试及后续工作,难度之大,任务之密集,可想而知。

没有双休日,没有节假日,在距离宾馆约10公里的技术厂房,测试大厅和总装大厅总是在深夜仍然灯火通明,工作24小时紧锣密鼓地进行。神舟队伍没有一天放松警惕,没有一天放松标准。

“在这么短时间内完成神舟十二号的全部工作,这是属于神舟队伍的骄傲!”航天科技集团五院神舟十二号载人飞船总指挥何宇说。

素有“神箭”美誉的长二F火箭是目前我国唯一一型载人运载火箭,自首飞以来发发成功,但研制队伍在追求稳定性安全性的道路上从未止步。长征二号F遥十二运载火箭在此前基础上,共进行了109项技术状态更改,将长征二号F运载火箭的可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了自身纪录。

“在可靠性已经相当高的情况下,再提升,难度可想而知。”航天科技集团一院长征二号F运载火箭总体副主任设计师秦曈说,每一处改进,都体现了研制人员对可靠性的不懈追求,背后都意味着无数次的理论分析、数学仿真和试验验证。

文/新华社

展望

告别订制 飞船进入批量化生产时代

按照空间站建造任务规划,今明两年将实施11次飞行任务,包括三次空间站舱段发射、四次货运飞船以及四次载人飞船发射,2022年完成空间站在轨建造,建成国家太空实验室,进入到应用与发展阶段。

这11次任务紧密关联、环环相扣。中国航天科技集团八院载人航天工程载人飞船、货运飞船系统副总指挥顾侧峰表示,飞船研制、发射、飞控任务接续实施,交叉并行,对飞船产品的高质量生产、高效率交付提出了极高要求。为顺利完成空间站建造任务,八院探索飞船组批投产的高效率研制模式,通过产品定型、一次投产分批交付、严格质量控制等方式,力争打造“标准化飞船”。

“我们计划每年投产5-6套对接机构,做到在满足飞行任务需求的同时,还能保证一定的存量。”805所对接机构分系统主任设计师姚建介绍说。八院研制团队在天舟货运飞船在轨飞行验证成果的基础上,提出了载人飞船与货运飞船对接机构产品通用的方案,将部组件产品化、通用化。通过一批投产、多船使用的方式,不仅大大节省了研制成本,还完善了部组件组批投产的机制,有效提高了双线作战的效率。“以往从生产、总装到试验,一套对接机构交付使用需要10个月,现在我们可以实现6个月。同时,组批意味着有源源不断的产品进行交付,一旦有临时发射需求,我们也具备在最短时间内实现总装测试并投入使用的能力。”

相信不久中外航天员将参加中国空间站飞行

未来中国是否会邀请其他国家参加空间站上的科学研究、技术试验等工作?是否会有其他国家的航天员与中国航天员一起在中国空间站执行任务?对这个外界关注的问题,中国载人航天工程办公室相关负责人透露,已有不少国家和地区向中国提出了航天员在中国空间站合作的意愿,对此总体上我国持欢迎态度。

这位负责人表示,进入到空间站阶段,中国将继续加大国际合作与交流的深度与广度,计划在空间站功能拓展、空间科学与应用、中外航天员联合飞行、技术成果转化等领域开展更加广泛深入的国际合作,使中国空间站成为一个造福全人类的太空实验室。

为此,中国空间站已经开展了相关工作。比如配置在核心舱和实验舱上的科学机柜,均配备了标准化的载荷接口,具备开展各类科学实验国际合作的能力。2016年以来,我国与联合国外空司合作,面向所有联合国成员国征集有意搭载到中国空间站的合作实验项目。目前已遴选出来自17个国家的9个项目,后续还将适时发布第二轮合作机会公告。

中俄在载人航天领域一直保持着良好的合作关系,现阶段双方围绕近地轨道空间站和载人深空探测领域,正在沟通酝酿开展更多合作。

至于中外航天员联合飞行,已经有不少国家和地区向我国提出合作意愿,对此总体上我国持欢迎态度。“相信在中国空间站建成后,也就是不久的将来,我们将会看到中外航天员联合参加中国空间站的飞行。”本组文/本报记者 雷嘉

责任编辑:赵桂金(EK003)

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