神十一飛天帶了哪些“法寶”相關專家揭秘細節

2016-10-18 10:33:22 來源:中國經濟網 作者:潘珊菊 責任編輯:王雪 字號:T|T
摘要】神舟十一號在軌道上飛行兩天后與天宮二號自動對接形成組合體,之後天宮二號來控制,神舟十一號則進入暫時休息狀態。在此期間,神舟十一號飛船帶著哪些“法寶”上天來保障各方面的穩定運作?

  神舟十一號在軌道上飛行兩天后與天宮二號自動對接形成組合體,之後天宮二號來控制,神舟十一號則進入暫時休息狀態。此後這個新組合要在天上飛行30天,當離開天宮二號,神舟十一號再次獨自飛行時,須把兩名航太員安全送回地面,至此完成神舟十一號的使命。在此期間,神舟十一號飛船帶著哪些“法寶”上天來保障各方面的穩定運作?相關專家向京華時報記者逐一揭秘。

  揭秘

  1金屬橡膠減振器

  扮演飛船儀錶“救生衣”

  在神舟十一號飛船發射之際,你可能不知道但卻起到了重要作用的“小不點”神舟系列飛船儀錶板減振器。

  飛船上儀錶類器件通過液晶屏和航太員完成人機交互工作,作為高精科技代表的儀錶類器件往往比較脆弱,而發射過程中火箭的暫態快速加速會引起飛船艙內設備的劇烈振動,如果無法很好地隔離、衰減發射時的衝擊振動,很可能導致飛船儀錶損壞、飛行任務失敗。

  神舟系列飛船儀錶板減振器肩負起了為整個飛船儀錶減振的重任,安裝在儀錶板四個安裝點上的金屬橡膠減振器將儀錶和船體隔離了開來,並通過振動過程中金屬絲之間不斷互相摩擦消耗了大量能量,這部分能量最終變成熱能消失在了周圍介質中。金屬橡膠減振器完美扮演了神舟飛船儀錶類器件“救生衣”的角色、確保了歷次飛行任務的圓滿成功。

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  2中繼終端

  搭建太空“天路”

  京華時報記者了解到,神舟十一號飛船成功發射後,要確保與地面通信的實時暢通,就必須依靠中繼終端,這是由中國航太科技集團公司五院西安分院研製的。通過與中繼衛星天鏈一號實現“太空握手”,中繼終端成為天基測控的重要終端。中繼終端的應用,使我國的天基測控通信得以成為現實,從而在太空中搭建了地面與衛星、衛星與飛船之間的“天路”。

  通過中繼終端建立的天基測控通信系統建立之後,將對神舟飛船的測控覆蓋率提高了70%以上。中繼終端所使用的天鏈一號衛星,可以形象地視為把地面測控站搬到了離地球3.6萬公里外的太空同步軌道,進而形成了天基測控。

  據航太科技集團五院工作人員介紹,中繼終端作為天鏈一號衛星的用戶終端,除了在我國載人航太領域應用,還在對地觀測、資源或國土普查、環境與災害監測等多種航太器上使用,通過天鏈一號三顆衛星,為航太器提供實時的數據中繼服務和高覆蓋的測控通信服務,減少測控成本,提高運作效率。

  揭秘

  3艙門快速檢漏儀

  充當載人飛船“小門神”

  在載人航太工程中,航太員要在太空飛行多天,其間要經歷多次穿艙活動,需要打開和關閉艙門。航太員在艙內生存維持其正常生活的氣體不能泄漏,艙門是否密封良好具有決定性作用,因此精準快速檢測艙門的密封性至關重要。

  早期的飛船採用整艙加壓,通過監測艙壓的變化來檢測艙門的密封性,這種方法準確、可靠,但耗時較長,對載人飛船的航太員來説影響較大,會浪費大量時間,因此需改進檢測手段,縮短檢測時間。“艙門快速檢漏儀能夠做到在8分鐘內快速給出測試結果,堪稱載人飛船的‘小門神’。”中國航太科技集團五院510所董義鵬説。

  510所研發的艙門快速檢漏儀,實現對艙門和對接面的快速、準確檢漏。艙門在關閉後,門體上的兩道密封圈與門框之間會形成一個小空間。檢漏儀利用艙門的特有結構,在工作時向小空間內充入一定量的檢測氣體,通過監測小空間內壓力的變化來判斷艙門的密封情況。如果發生泄漏,艙門快速檢漏儀會立刻發出報警指示。航太員對艙門進行處理,經過再次檢漏合格後,才能順利入住艙內。

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  4熱控分系統

  為“太空之家”保駕護航

  航太科技集團五院神舟十一號發射場熱控分系統負責人付楊説,確保航太員在太空中的生活舒適安全,須為航太員營造一個類似于地面一樣的“家”——有適宜人類生存生活的溫度、氧氣等,而這要靠熱控分系統和環控生保系統來提供:熱控分系統的作用是使飛船內保持一定的溫度濕度,環控生保系統是為航太員創造合適的艙內生存環境條件,保障航太員在空間飛行的特殊環境下安全生活和正常工作,為航太員營造一個溫暖如春的居住環境。

  他説,熱控分系統和環控生保系統,分別位於載人飛船的推進艙和軌道艙的艙壁內。環控、熱控分系統主要採用流體換熱技術進行溫度控制,通過流體流動將船上産生的熱量傳遞給外部輻射器,再通過輻射器將熱量輻射到太空中。

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  5隔熱材料

  最高隔離溫度達900℃

  神舟十一號運作在距離地球表面約400公里高度的軌道上,在那裏會受到太陽的輻射、地球-大氣的輻射和反照,還會受到許多游離在空間的高能粒子影響。在這樣的環境中,飛船該怎樣更好地保護自己?

  航太科技集團五院神舟十一號發射場熱控分系統負責人付楊説,他們為飛船設計的神奇“外衣”就像人類的衣服一樣,天冷時能保暖,太陽照射時能防曬,同時衣服還能隔離灰塵、霧霾等有害因素對皮膚的傷害。

  航太科技集團五院的研究人員為軌道艙設計了一套厚度約2釐米的外衣,能高效隔離空間環境與軌道艙艙壁之間的換熱,外衣表面還有一層華麗的複合膜,來提高飛船對軌道原子氧等粒子的防護能力;在返回艙外表面,噴塗了特殊設計的有機熱控涂層,為保證在軌期間的返回艙溫度條件提供有力支援。

  在推進艙的底部,為有效抑制發動機點火後的高溫對推進艙內的影響,這一重點區域運用了多層隔熱材料,能夠隔離的最高溫度達900℃。

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  6飛船照明設備

  採用LED光源節約能耗

  神舟十一號載人飛船在浩瀚的宇宙遨遊過程中,會週期性經過地球陰影區,此時就會經歷很長時間的黑暗,影響在軌任務的順利完成。中國航太科技集團五院510所承擔飛船艙內照明設備和交會對接照明設備研製任務,不僅為航太員提供了艙內工作、生活照明,還為載人飛船與空間實驗室在陰影區的交會對接提供了攝像輔助照明。

  飛船上究竟採用了什麼樣的光源?其實,神舟十一號載人飛船艙內照明設備(近距離泛光照明)和交會對接照明設備(遠距離投光照明)均採用了現有民用市場上大量的LED光源,也就是固態照明光源。採用LED作為空間照明光源的優勢有很多,比如耐衝擊、抗震動、體積小、功耗低等。

  這些特點使LED非常適合在航空、航太等條件苛刻的環境中使用,但LED由於受限于發光材料的性能,對高溫環境和低溫環境都比較敏感。對此研製團隊在軌長時間工作溫度高,就得想辦法給設備降降溫;在軌長時間儲存溫度低,則又必須想辦法給設備加加熱。

  載人飛船有了艙內照明設備和交會對接照明設備後,當進入地球陰影區時,航太員在艙內仍然可以正確判讀儀錶,手動操作各種開關,也不會誤打誤撞了,飛船與空間實驗室交會對接也多了一份成功的保障。

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  7著陸巨型降落傘

  主傘面積約1200平方米

  神舟飛船降落傘裝置主要用於降低返回艙的速度,保證返回艙的穩降姿態,使得航太員安全平穩降落。其中,主傘面積約1200平方米,全部展開後可以覆蓋3個籃球場;主傘拉直長度超過70米,能夠橫跨足球場。別看神舟飛船主傘是個龐然大物,體態卻十分輕盈,重量不到100公斤,收攏後裝進傘包內的體積還不到200升,可以塞進普通的家用冰箱。

  不過,軟軟的降落傘可不是隨意團起來放在返回艙裏,而是整齊有序地疊在傘包中。這就涉及一項聽起來簡單卻有著很高技術含量的工作——包傘。

  中國航太科技集團五院508所李少騰介紹,按專業説法,包傘就是將降落傘的傘衣、傘繩和連接吊帶等部件裝進傘包內,使之保持一定的幾何形狀,並保證傘衣等部件在工作前不受氣流吹襲和不與其他物體鉤挂,在工作時則要保證按預定程式開包工作。

  從200升的傘包到空中1200平方米的巨型降落傘,其展開過程也就幾十秒,但這短短幾十秒背後,是航太科技集團五院508所包傘人員數天的包裝、加工人員數月的縫製、設計人員數年的計算與試驗。

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  8手動控制系統

  保證航太員安全返回

  伴隨著神舟十一號飛船順利升空,在未來30天裏,誰來保證它在天上穩定飛行,並最終平安將航太員安全送回地面?京華時報記者從中國航太科技集團五院獲悉,在此期間,“制導、導航與控制分系統”GNC系統將起著關鍵作用。在這個系統裏,包含著一項低調的技術——一項在神舟九號之前就一直存在、卻從未使用過,也不希望用到的技術——手動控制系統。

  根據航太科技集團五院專家的説法,手動控制系統是載人航太器區別於其他航太器的最重要標誌之一,是航太員生命安全的最後保障,所以,手控系統的研製和自控系統是同時啟動的。換句話説,神舟飛船從出生就是“手自一體”。

  “雖然手控系統至今沒有應急使用過,但深信,萬一自動控制出現嚴重故障,手控系統一定能出色完成控制任務,將航太員安全送回地面。”502所科研人員説。

  作為“中國獨有”的設計,如在純手動模式基礎上設計了半自動模式,一方面大大減輕了航太員的操作負擔,同時大大提高手控的功能和性能;如把成熟衛星救命技術應用到飛船的手控中,使得飛船姿態失控時,航太員只需要操作幾個按鈕就可以建立正常姿態,保證飛船和航太員的安全,這是世界上最先進的聯盟號飛船也不具備的功能。

  揭秘

  9逃逸救生系統

  被稱為航太員“生命之塔”

  看過神舟飛船發射的人們會注意到,火箭頂端有個類似避雷針的尖塔狀裝置,這就是由航太科技集團四院自主研製,被稱為航太員“生命之塔”的逃逸救生系統。

  航太科技集團四院逃逸發動機總指揮余海林説,逃逸系統承擔著航太員安全救生使命,是我國載人航太工程必須突破的三大技術難關之一。四院人克服困難成功研製的逃逸救生系統,為航太員放心巡天提供了安全保障。

  據余海林介紹,逃逸塔性能特殊,技術複雜,國際上只有美國和俄羅斯掌握了這項技術。

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