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    解密神舟十一號相關(guān)技術(shù)細節:LED光源點(diǎn)亮“飛天之路”

    :2016-11-11    :333
    10月17日7時(shí)30分,神舟十一號載人飛船搭載著(zhù)航天員景海鵬和陳冬飛向浩瀚宇宙,將與等候在太空的天宮二號空間實(shí)驗室進(jìn)行交會(huì )對接。
     
    10月17日,神舟十一號載人飛行任務(wù)航天員景海鵬和陳冬出征。
     
    神舟十一號本次飛行有哪些特點(diǎn)?“神舟”到底“神”在何處?對此,相關(guān)專(zhuān)家向記者講述了與神舟十一號相關(guān)的11個(gè)細節。
     
    細節一:飛得更高——393公里軌道高度的對接與運行
     
    神舟十一號充分繼承了神舟十號的技術(shù)狀態(tài),同時(shí)為了適應本次任務(wù)要求而進(jìn)行了多項技術(shù)改進(jìn)。
     
    “為滿(mǎn)足本次任務(wù)要求,調整了軌道控制策略和飛行程序,使神舟十一號飛船能夠適應本次任務(wù)交會(huì )對接軌道和返回軌道高度由343公里提高到393公里的要求。”中國載人航天工程辦公室副主任武平說(shuō)。
     
    神舟十號與天宮一號對接時(shí),軌道高度是343公里。神舟十一號和天宮二號對接時(shí)的軌道高度是393公里,比過(guò)去高了50公里,為何要高出50公里?航天科技集團五院GNC分系統指揮羅谷清說(shuō),主要是為了我國載人航天“三步走”發(fā)展戰略的第三步——建造空間站做準備,因為這與未來(lái)空間站的軌道高度基本相同,飛行也更加接近未來(lái)空間站要求。
     
    細節二:時(shí)間更長(cháng)——33天的太空旅程
     
    神舟十一號入軌后經(jīng)過(guò)兩天獨立飛行,完成與天宮二號自動(dòng)對接形成組合體,完成組合體30天中期駐留任務(wù)后,與天宮二號分離,在一天內返回內蒙古主著(zhù)陸場(chǎng),神舟十一號任務(wù)結束。在太空時(shí)間長(cháng),如何保障航天員太空工作生活和執行任務(wù)的能力,怎樣提高飛船的可靠性?
     
    神舟十一號的技術(shù)改進(jìn),很重要的一個(gè)創(chuàng )新亮點(diǎn),是新配備了寬波束中繼通信終端設備。
     
    “為進(jìn)一步提高安全性可靠性,新配備了寬波束中繼通信終端設備,顯著(zhù)擴大了測控覆蓋范圍,提升了飛船姿態(tài)快速變化時(shí)的天地通信保障能力,從而提高了航天員的安全性和飛船的可靠性。”武平說(shuō)。
     
    細節三:升級光學(xué)成像敏感器——完成高難度“太空之吻”
     
    “為驗證未來(lái)航天技術(shù),滿(mǎn)足未來(lái)空間站交會(huì )測量設備長(cháng)壽命使用要求,對神舟十一號的交會(huì )測量設備進(jìn)行了升級換代。”武平說(shuō)。
     
    天宮二號和神舟十一號的交會(huì )對接,是搭建太空之家的重要一步,尤其是兩者從相距120米到最終完成對接的階段,難度最大、風(fēng)險最高。為了讓它們能在以8倍于子彈的速度下毫厘不差地對接在一起,技術(shù)人員對光學(xué)成像敏感器實(shí)現了升級。
     
    神舟十一號交會(huì )對接光學(xué)成像敏感器主任設計師龔德鑄說(shuō),太空中陽(yáng)光照射強度是地球上的三到五倍,很容易“亮瞎”飛行器的“雙眼”,就像開(kāi)車(chē)時(shí)被對面來(lái)車(chē)晃了大燈,需要一段時(shí)間才能恢復視力,因此以往交會(huì )對接要選擇光線(xiàn)合適的時(shí)機進(jìn)行。
     
    與天宮一號上運用的一代產(chǎn)品相比,升級版敏感器的太陽(yáng)雜光抑制能力、識別目標敏感度均大幅提升,即使被晃了眼,視力恢復時(shí)間也能從原來(lái)的十秒縮短到幾百毫秒。由此,神舟十一號和天宮二號可以實(shí)現準全天候實(shí)時(shí)對接,可保障航天器突發(fā)維修補給或航天員應急救生。
     
    細節四:首次考核航天員中期駐留能力
     
    “此次任務(wù)目的是進(jìn)一步對改進(jìn)型載人飛船功能進(jìn)行全面驗證,為后續載人任務(wù)提供重要的技術(shù)支撐。此外,通過(guò)多項在軌試驗,將進(jìn)一步驗證飛船設計功能,獲取和積累載人環(huán)境相關(guān)的飛行試驗數據。”神舟十一號飛船總設計師張柏楠說(shuō)。
     
    在此次空間實(shí)驗室任務(wù)中,對接軌道和返回軌道高度比以前增加了50公里,神舟十一號任務(wù)將首次考核驗證空間站階段的交會(huì )對接和載人飛船返回技術(shù),還將首次考核航天員中期駐留能力,通過(guò)驗證航天員駐留能力,為航天員空間站階段長(cháng)期在軌考核奠定基礎。
     
    細節五:照明設備點(diǎn)亮“飛天之路”
     
    神舟十一號在浩瀚的宇宙遨游過(guò)程中,會(huì )周期性地經(jīng)過(guò)地球陰影區,此時(shí)會(huì )經(jīng)歷很長(cháng)時(shí)間的黑暗,影響在軌任務(wù)的順利完成。飛船艙內照明設備和交會(huì )對接照明設備,不僅為航天員提供了艙內工作、生活照明,還為載人飛船與空間實(shí)驗室在陰影區的交會(huì )對接提供了攝像輔助照明。
     
    “在太空,如果直接采用生活中常用的白熾燈、節能燈,估計在飛船上還沒(méi)用幾天就熄火了。飛船上究竟采用了什么光源?神舟十一號飛船艙內照明設備(近距離泛光照明)和交會(huì )對接照明設備(遠距離投光照明)使用LED光源,也就是固態(tài)照明光源。”承擔這一設備研制任務(wù)的航天科技集團五院510所產(chǎn)品主管設計師楊軍說(shuō)。
     
    他指出,載人飛船有了艙內照明設備和交會(huì )對接照明設備后,當飛船進(jìn)入地球陰影區時(shí),航天員在艙內仍然可以正確判讀儀表,手動(dòng)操作各種開(kāi)關(guān),再也不會(huì )誤打誤撞了,飛船與空間實(shí)驗室交會(huì )對接也多了一份成功的保障。
     
    細節六:熱控系統為“太空之家”保駕護航
     
    “神舟十一號在太空中飛行,最關(guān)鍵的是航天員安危。”航天科技集團五院神舟十一號發(fā)射場(chǎng)熱控分系統負責人付楊說(shuō),確保航天員在太空中的生活舒適安全,須為航天員營(yíng)造一個(gè)類(lèi)似于地面一樣的“家”——有適宜人類(lèi)生存生活的溫度、氧氣等,而這要靠熱控分系統和環(huán)控生保系統來(lái)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(huán)控生保系統是為航天員創(chuàng )造合適的艙內生存環(huán)境條件,保障航天員在空間飛行的特殊環(huán)境下安全生活和正常工作,為航天員營(yíng)造一個(gè)溫暖如春的居住環(huán)境。
     
    他說(shuō),熱控分系統和環(huán)控生保系統,分別位于載人飛船的推進(jìn)艙和軌道艙的艙壁內。環(huán)控、熱控分系統主要采用流體換熱技術(shù)進(jìn)行溫度控制,通過(guò)流體流動(dòng)將船上產(chǎn)生的熱量傳遞給外部輻射器,再通過(guò)輻射器將熱量輻射到太空中。
     
    細節七:艙門(mén)快速檢漏儀——載人飛船的“小門(mén)神”
     
    航天員在太空飛行多天,期間要經(jīng)歷多次穿艙活動(dòng),需要打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén);航天員在艙內時(shí),維持其正常生活的氣體不能泄漏,艙門(mén)是否密封良好具有決定性作用,因此精準快速檢測艙門(mén)的密封性至關(guān)重要。
     
    早期的飛船采用整艙加壓,通過(guò)監測艙壓的變化來(lái)檢測艙門(mén)的密封性,這種方法準確、可靠,但耗時(shí)較長(cháng),對載人飛船的航天員來(lái)說(shuō)影響較大,會(huì )浪費大量時(shí)間,因此需改進(jìn)檢測手段,縮短檢測時(shí)間。
     
    航天科技集團公司五院510所研發(fā)的艙門(mén)快速檢漏儀,實(shí)現對艙門(mén)和對接面的快速、準確檢漏。艙門(mén)在關(guān)閉后,門(mén)體上的兩道密封圈與門(mén)框之間會(huì )形成一個(gè)小空間。檢漏儀利用艙門(mén)的特有結構,在工作時(shí)向小空間內充入一定量的檢測氣體,通過(guò)監測小空間內壓力的變化來(lái)判斷艙門(mén)的密封情況。如果發(fā)生泄漏,艙門(mén)快速檢漏儀會(huì )立刻發(fā)出報警指示。航天員對艙門(mén)進(jìn)行處理,經(jīng)過(guò)再次檢漏合格后,才能順利入住艙內。
     
    “艙門(mén)快速檢漏儀能夠做到在8分鐘內快速給出測試結果,堪稱(chēng)載人飛船的‘小門(mén)神’。”航天科技集團公司五院510所產(chǎn)品主管設計師董義鵬說(shuō)。
     
    細節八:儀表板減振器——飛船儀表的“救生衣”
     
    飛船上儀表類(lèi)器件通過(guò)液晶屏和航天員完成人機交互工作,作為高精科技代表的儀表類(lèi)器件往往比較脆弱,而發(fā)射過(guò)程中火箭的瞬時(shí)快速加速會(huì )引起飛船艙內設備的劇烈振動(dòng),如果無(wú)法很好的隔離、衰減發(fā)射時(shí)的沖擊振動(dòng),很可能導致飛船儀表?yè)p壞、飛行任務(wù)失敗。
     
    此時(shí),神舟系列飛船儀表板減振器肩負起了為整個(gè)飛船儀表減振的重任,安裝在儀表板四個(gè)安裝點(diǎn)上的金屬橡膠減振器將儀表和船體隔離了開(kāi)來(lái),并通過(guò)振動(dòng)過(guò)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?chē)橘|(zhì)中。
     
    專(zhuān)家指出,金屬橡膠減振器完美扮演了神舟飛船儀表類(lèi)器件“救生衣”的角色,確保了歷次飛行任務(wù)的圓滿(mǎn)成功。
     
    細節九:載人飛船的神奇“外衣”
     
    神舟十一號運行在距離地球表面約400公里高度的軌道上,在那里會(huì )受到太陽(yáng)的輻射、地球-大氣的輻射和反照,還會(huì )受到許多游離在空間的高能粒子影響。在這樣的環(huán)境中,飛船該怎樣更好地保護自己?
     
    付楊說(shuō),他們?yōu)轱w船設計的神奇“外衣”就像人類(lèi)的衣服一樣,天冷時(shí)能保暖,太陽(yáng)照射時(shí)能防曬,同時(shí)衣服還能隔離灰塵、霧霾等有害因素對皮膚的傷害。
     
    航天科技集團五院的研究人員為軌道艙設計了一套厚度約2厘米的外衣,能高效隔離空間環(huán)境與軌道艙艙壁之間的換熱,外衣表面還有一層華麗的復合膜,來(lái)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,噴涂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持。
     
    在推進(jìn)艙的底部,為有效抑制發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火后的高溫對推進(jìn)艙內的影響,這一重點(diǎn)區域運用了多層隔熱材料,能夠隔離的最高溫度達900℃。
     
    細節十:逃逸發(fā)動(dòng)機——航天員巡天的“定心丸”
     
    看過(guò)神舟飛船發(fā)射的人們會(huì )注意到,火箭頂端有個(gè)類(lèi)似避雷針的尖塔狀裝置,這就是由航天科技集團四院自主研制,被稱(chēng)為航天員“生命之塔”的逃逸救生系統。
     
    航天科技集團四院逃逸發(fā)動(dòng)機總指揮余海林說(shuō),逃逸系統承擔著(zhù)航天員安全救生使命,是我國載人航天工程必須突破的三大技術(shù)難關(guān)之一。四院人克服困難成功研制的逃逸救生系統,為航天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(shù)復雜,國際上只有美國和俄羅斯掌握了這項技術(shù)。
     
    細節十一:飛船安全返航的法寶
     
    回收著(zhù)陸是載人航天活動(dòng)的最后步驟,也是決定航天員能否安全回家的最后一棒。
     
    航天科技集團五院神舟飛船副總設計師榮偉說(shuō),五院508所肩負神舟飛船回收著(zhù)陸系統研制,先后攻克了特大型降落傘、著(zhù)陸緩沖、靜壓開(kāi)傘高度控制、多模式回收程序控制、非電傳爆彈蓋開(kāi)傘等關(guān)鍵技術(shù),研制了目前國內回收質(zhì)量最大、著(zhù)陸速度最低、可靠性安全性最高、系統最復雜的一套航天器回收著(zhù)陸系統。
     
    他說(shuō),神舟十一號回收著(zhù)陸的亮點(diǎn)明顯,一是全國首創(chuàng )特大型降落傘。降落傘系統是飛船返回階段的重要氣動(dòng)力減速裝置,它可以將進(jìn)入大氣層的飛船返回艙從高鐵速度降到普通人慢跑的速度。系統由7000多個(gè)零部件組成,是目前我國航天器回收降落傘中結構最龐大和最復雜的系統。其中主傘1200平方米,能鋪滿(mǎn)一個(gè)足球場(chǎng)。二是著(zhù)陸緩沖技術(shù)提升乘坐舒適度。經(jīng)過(guò)與空氣的“軟”摩擦之后,飛船返回艙進(jìn)入著(zhù)陸緩沖環(huán)節,這最后一步是硬碰硬的撞擊。為了讓飛船在“落腳”的一瞬依然保持航天員良好的乘坐體驗,研究人員將著(zhù)陸緩沖技術(shù)應用于神舟飛船返回艙的著(zhù)陸緩沖系統,從而實(shí)現返回艙“軟著(zhù)陸”。
     
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