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天链一号搭太空通信 76台发动机全程护航

时间:2016年10月17日 信息来源:法制晚报 点击: 【字体:

 法制晚报讯(记者 李文姬)  载人飞船由火箭护送进入预定轨道后,就独自开始了在宇宙空间的飞行旅程。在航天英雄杨利伟眼中,太空中群星璀璨、浩渺无垠,远远地能看到一颗蓝色宝石般的地球,非常壮观、美丽。但说到具体的环境参数,轨道空间可就不那么舒服了。

    那里空气非常稀薄,接近真空,而且近似于一个温度低至-269℃的超大黑腔,太阳、行星等分散其中。载人飞船运行在距离地球表面约400公里高度的轨道上,在那里会受到太阳的辐射、地球大气的辐射和反照,还会受到许多游离在空间的高能粒子的影响。在这样的环境中,飞船应该怎样更好的保护自己呢?

    据《法制晚报》记者了解,中国航天科技集团公司五院作为神舟十一号载人飞船的抓总研制单位,承担了系统设计、总装、测试、大型试验等工作。据该单位相关负责人介绍,神舟十一号载人飞船使用了多项国产技术,充分保证了航天员在太空中工作、生活的安全。法晚记者注意到在飞船和天宫二号上至少有8种秘密武器,以保障航天员安全。

    1  不怕高温的神奇“外衣”

    为了保证飞船在太空环境里更好地保护自己,中国航天科技集团公司五院总体部热控分系统为飞船设计了神奇的“外衣”,就像人类的衣服一样,天冷时能保暖,太阳照射时能防晒,同时衣服还能够隔离灰尘、雾霾等有害因素对皮肤的伤害。载人飞船的外衣需要结合飞船的结构特点以及各个舱体的功能特点进行“量体剪裁”。

    据《法制晚报》(微信ID:fzwb_52165216)记者了解,载人飞船轨道舱是航天员生活和工作的主要空间,由于安装在轨道舱内的设备发热量不大,所以设计人员为轨道舱设计了一套由多层隔热材料组件构成的外衣,厚度约为2厘米。在多层隔热组件的外表面,还有一层华丽的复合膜,它的功能是提高飞船对轨道原子氧等粒子的防护能力。

    返回舱承担着将航天员安全带回地面的重要使命,需要耐受返回过程中穿越地球大气层时的高温烧蚀环境,所以返回舱外衣的里层是厚厚的划分成网格状的防烧蚀材料,在外表面再喷涂特殊设计的有机热控涂层,不仅提高外热流吸收能力,还能降低红外辐射能力,为保证在轨期间的返回舱温度提供有力支持。

    由于主动流体回路的散热辐射器安装在推进舱,因此舱体对散热的要求很高。为此,推进舱的舱体结构上设计了一圈浅绿色的有机涂层散热面;其次,舱体上安装的辐射器外表面选用了纯白色的热控涂层,这身清爽的“散热衣”,能极大地提高辐射散热能力。

    2  天基测控搭建太空“天路”

    神舟十一号飞船成功发射后,要确保与地面通信的实时畅通,就必须依靠中继终端。通过与中继卫星天链一号实现“太空握手”,中继终端成为天基测控的重要终端。中继终端的应用,使我国的天基测控通信得以成为现实,从而在太空中搭建了地面与卫星、卫星与飞船之间的“天路”。

    当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星天链一号,这样就完成了中继终端对天链一号的捕获跟踪,并向中继卫星发送数据,从而建立了从神舟十一号飞船到中继卫星再到地面站的数据传输链路。在交会对接过程中,通过中继终端所搭建的天基测控通信系统,可以对天宫二号和神舟十一号飞船实现同时测控、同时进行高速数据传输,所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面。

    在中继终端及中继卫星投入使用之前,主要是通过地面测控站和海上测控站来实现对飞船的跟踪和测控,无法实现对飞船的实时跟踪测控。通过中继终端建立的天基测控通信系统建立之后,将对神舟飞船的测控覆盖率提高了70%以上。

    中继终端所使用的天链一号卫星,可以形象地视为把地面测控站搬到了离地球3.6万公里外的太空同步轨道,进而形成了天基测控。

    3  快速检漏的“小门神”

    在执行载人航天任务过程中,航天员要经历多次穿舱活动,因此精准快速检测舱门的密封性至关重要。

    早期的飞船采用整舱加压,通过监测舱压的变化来检测舱门的密封性,这种方法准确、可靠,但耗时较长,对于早期无人飞船任务影响不大,然而对于载人飞船分秒必争的航天员空间实验任务影响较大。

    舱门快速检漏仪实现了对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。舱门在关闭后,门体上的两道密封圈与门框之间会形成一个小空间。检漏仪向小空间内充入一定量的检测气体,通过监测小空间内压力的变化来判断舱门的密封情况。如果发生泄漏,舱门快速检漏仪会立刻发出报警指示。形象一点的讲,它就像个卫士一样告知“家”的主人航天员,“门没有关好,存在危险,您暂时不能入住。”航天员对舱门进行处理,经过再次检漏合格后,才能顺利入住舱内。

    目前,舱门快速检漏仪已成为载人航天飞行器的“标配”设备,可称得上是载人飞船的“小门神”。

    4  “天宫”密封件寿命达30年

    “天宫二号”作为中国第一个真正意义上的空间实验室,对飞船密封件安全性、稳定性的要求更高。航天员将在“天宫二号”中开展人在太空中期驻留实验,必须保证舱内压力、温度、湿度、气体成分等航天员生存条件。其密封件除要求密封性能安全可靠外,还要求材料安全无毒,能经受住-70℃到200℃高低温交变、高真空、强紫外辐射、带电粒子辐照和原子氧侵蚀等各种复杂环境的长期考验,不产生降解、老化和龟裂,可安全使用30年。

    针对“苛刻”的任务特点,研制人员在原有成熟技术的基础上集智攻关,先后克服了原材料选材、工艺成型等众多难关,研制出完全国产、无毒无害的原材料,解决了各试件的模具成型的难题。因为密封材料的规格多样、形状各异,大的直径长达一米多,小的只有十几毫米,研制人员专门为其量身制作了一套模具,尺寸精度差不超过0.01毫米,确保了产品的性能和精度。各类模拟环境试验表明:该密封材料达到国际同类产品水平,寿命大于30年,各项性能满足设计要求。

    5   76台姿控发动机全程护航

    载人航天用的发动机,无论是推力75吨级的火箭发动机,还是飞船上实施姿态控制用的几公斤推力的小姿控发动机,从一个零部组件到一条焊缝,都必须做到万无一失。

    此次“神十一”载人飞船与“天宫二号”空间实验室实施交会对接后,两名宇航员要在太空中驻留长达一个月的时间,航天科技集团六院研制的飞船上的48台姿控发动机和空间实验室中的28台姿控发动机,担负着全程保驾护航的职责。

    在“神十一”载人飞船2500N发动机研制中,推力室头部喷注器需要微小孔加工,密密麻麻上百个小孔细如发丝,而且撞击精度、角度、距离、孔径要求极为严苛。为了确保精度,六院改进工艺方法,采用高速数控工艺加工微小孔,效率提高了4倍以上,精度提高了3倍。

    6  太阳翼结构实现国产化

    神舟飞船正常入轨,太阳翼帆板顺利展开,这意味着飞船的首个国产太阳翼结构首次经过在轨验证。该结构由中国航天科技集团公司五院508所负责研制。

    此次,神舟十一号飞船太阳翼连接架百分之百国产化,基板除聚酰亚胺薄膜外全部国产化。

    2014年4月,神舟十一号飞船原设计方案面临进口碳纤维等原材料受限问题,研发人员开展了大量工艺试验和仿真计算,验证了国产化替代方案的可行性。

    在研制过程中,针对国产碳纤维工艺性较差、易损伤的特点,不断优化工艺参数、改进操作方法,确立了适用于国产碳纤维的一整套工艺方案,研制出的碳纤维零件的外观质量、外形尺寸、内部质量和力学性能等均满足设计指标要求。

    7  在轨自主应急返回救生

    在载人交会对接中,由于任务的需要,神舟十一号飞船要频繁变轨,为了进一步保障航天员的安全,飞船系统设计了在轨自主应急返回的救生方案。也就是说,一旦飞船与地面失去联系,导致地面指挥系统无法为飞船计算准确的落点,飞船将启动自主应急返回系统。

    届时,仪表控制器应用软件可以进行轨道预报,并通过神经网络计算落点的控制参数,寻找落点的优选方案,进而实现飞船的自主应急返回。

    自主应急返回系统的应用实现了完全由飞船仪表控制器应用软件自主快速计算返回控制参数的功能,解决了飞船在地面测控通信网外可进行自主应急返回的技术难题。

    此前,神舟“兄弟”在轨飞行期间,仪表控制器应用软件针对自主应急返回进行了两次在轨验证,落点计算结果准确无误,充分验证了这一技术的可靠性。

    8  “生命之塔”逃逸发动机

    火箭顶端有一个类似避雷针的尖塔状装置,这是被称为航天员“生命之塔”的逃逸救生系统。逃逸塔性能特殊、技术复杂,国际上之前只有美国和俄罗斯掌握了这项技术。1994年,科技人员出访俄罗斯时,第一次看到了逃逸塔。俄方提出了高额要价,而且只提供产品,核心技术、设计软件严格保密。

    不甘受制于人的研发人员决心自己开发设计,最终攻克了一系列关键技术难关,创造了十多项中国乃至世界之最。

    据介绍,逃逸主发动机金属壳体圆筒由此前的板材卷焊成形工艺,变成了锻件旋压成形工艺,产品可靠性及安全性大大提高。对关键工艺进行了改进,大大提高了混合工艺过程的安全性,提高了产品质量的可靠性。一批高精尖新型数字化设备,特别是高精确度的高能射线探伤仪的使用,成为保证神舟产品质量的利器。


(作者:李文姬)
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