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神舟十四号:用成功向祖国报告

作者:科技日报 发布日期:2022-06-06 浏览381次

  不到一个月,中国载人航天再次用成功向祖国报告。

  继5月10日天舟四号货运飞船发射成功后,6月5日,由中国航天科技集团五院抓总研制的神舟十四号载人飞船在酒泉卫星发射中心升空,将3名航天员送入太空。

  按照载人航天工程规划,以2022年4月16日神舟十三号载人飞船成功返回为标志,中国空间站已圆满完成关键技术验证阶段任务,转入全面建造阶段。此次任务是中国空间站建造阶段的首次载人飞行任务。

  待命7个月迎来重大任务

  2022年是党的二十大召开之年,是中国载人航天工程立项30周年。在这样重要的时间,作为空间站建造阶段的首次载人发射任务,神舟十四号任务意义重大。

  神舟十四号载人飞船还有一个身份,即神舟十三号载人飞船的应急救援飞船。空间站任务实施以来,为了确保任务顺利展开与航天员绝对安全,神舟飞船要具备天地结合多重保证的应急救援能力。为此,研制人员采用“滚动待命”策略,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天应急发射能力以实现太空救援的能力。

  自进入发射场并完成待命状态设置以来,神舟十四号飞船在发射场待命达7个月,创下了最长时间纪录。为确保飞船状态满足条件,五院首次开展“北京—酒泉”远程发射场巡检工作,验证了“一船发射、一船待命”模式,有力支撑神舟飞船“一年两艘”常态化发射的需要。

  未来半年里,神舟十四号航天员乘组将在轨迎接问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船,进行大小机械臂在轨验证、出舱活动和舱外载荷安装等建造工作,见证并推动中国空间站完成建造并转入在轨运营阶段。

  天地通信通道让“感觉良好”始终在线

  2022年4月16日,神舟十三号航天员乘组成功返回。他们太空出舱的英姿、在空间站内的生活点滴、在“天宫课堂”上与青少年的亲切互动,拍摄的太空大片,还有那一声声轻松幽默的“感觉良好”,让人们记忆犹新。 

  这些声音与画面,都是通过五院西安分院研制的中继终端传回地面的。同时,飞船上所有的测控和通信信号,也通过中继终端完成。可以说,中继终端是地面对飞船进行测控和通信的重要通道。

  在神舟十四号任务中,五院西安分院将继续通过中继终端,搭建飞船与地面之间的天地通信通道,让“感觉良好”始终在线。

  当神舟十四号飞船进入预定轨道后,飞船中继终端便开始工作。根据飞船飞行程序的指令链要求,设备会计算出中继终端天线的指向数据。随后,转动设备将中继天线指向天链中继卫星。这样就完成了对天链中继卫星的捕获跟踪,建立从神舟飞船到天链中继卫星再到地面的通信链路,实现神舟十四号飞船与地面的通信,并使地面测试人员可以实时地掌握飞船的飞行状态。

  据五院西安分院载人航天任务负责人余晓川介绍,通过中继终端与天链中继卫星建立的天基测控通信系统,可将地面对神舟十四号飞船的测控覆盖率提高到90%以上。

  新型外衣助飞船控冷暖

  从神舟十三号任务起,我国航天员要实现常态化长周期在轨驻留,长周期大温差下的舱体温度控制成为难题之一。

  在空间站建造阶段,神舟飞船径向对接的模式与空间站组合体飞行姿态的任务特点,会使飞船被其他舱体持续遮挡,造成飞船长时间处于太阳无法照射下的极低温度环境下,最低温度低于零下100摄氏度。当空间站处于某些构型时,飞船局部区域又会持续受到太阳辐照,最高温度超过100摄氏度。外部极端的高低温环境,给航天员健康和飞船设备正常工作带来了严峻考验。

  对此,五院工程师利用宇宙空间以热辐射为主要热量传导方式的特点,突破了飞船外避热控涂层光热性能选择性设计与调控、热控材料空间稳定性设计与大型复杂结构界面结合控制等关键技术,为神舟飞船设计研制了一款新的控温外衣——低吸收低发射型热控涂层。

  “低吸收”指涂层材料自身具有较低的太阳光吸收特性,可有效减弱太阳辐照导致的温度升高。“低发射”指涂层具有较低的红外发射率,可有效阻隔飞船内部向外部深冷环境的辐射漏热,避免舱内温度的不断降低。同时,工程师根据飞船结构、功率及空间热环境特性,对吸收及发射性能进行特定设计,研制的控温外衣可保障神舟飞船在长期极端高低温外部环境下,让舱内保持适宜温度范围。

  在神舟十三号执行任务期间,五院科研团队不断进行在轨温度监测,获取了完整的舱内外温度数据。在超过200摄氏度的大温差、长期低温以及强辐射的空间环境中,飞船舱内环境温度能够始终控制在18至26摄氏度。

  让飞船不惧阴影

  在空间站组装和建造过程中,由于神舟十四号飞船在径向对接口停靠,将面临4组超大柔性太阳电池翼和3个巨型舱体遮挡造成的阴影,导致整船的发电能力、舱外设备热控能力、通信保障能力面临很大挑战。

  担负对接机构、电源、总体电路等分系统研制任务的航天科技集团八院研制团队,早已意识到各种飞行工况可能带来的技术风险。他们针对空间站组合体的21种构型,以及来访航天器的不同停靠状态,列出了长长的“考题”:

  对接机构必须适应与空间站交会对接和分离、保持长期停靠密封性能的需求;能源系统必须适应空间站对地定向飞行、惯性飞行,飞船绕飞等多种飞行模式下安全供电的需求;测控通信系统必须适应船站信息交互、天地信息交互等各通信链路同时数据传输的需求;舱外设备必须适应全遮挡环境下极寒考验的需求……

  对此,研制团队策划并实施了上百项环境试验和专项测试。通过复杂工况仿真分析、对接通道密封测试、多舱能源并网测试、天地回路对接试验、极低温度鉴定试验、在轨处置预案升级,以及神舟十三号载人飞船在轨飞行测试,验证了长期停靠全遮挡环境下,对接端面严丝合缝、能源供电安全可靠、通信链路冗余畅通、舱外设备低温耐受、在轨健康管理有效,并实现了关键飞行事件的应急处置能力全面提升。


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