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新华每日电讯6版

接你回家 毫秒不差

盘点为航天员“太空凯旋”保驾护航的硬核技术

2021-10-21 15:26:44 来源: 新华每日电讯6版
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  9月17日,神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。这是航天员聂海胜(中)、刘伯明(右)、汤洪波安全顺利出舱。新华社记者琚振华摄

  新华每日电讯记者张建松

  9月17日13点34分,随着神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域安全着陆,聂海胜、刘伯明、汤洪波三位航天员从太空凯旋,安全返回地球家园。在三位航天员平安着陆的那一刻,中国航天科技集团八院动力所研制生产的着陆反推发动机担负起保驾护航重任。

着陆反推发动机

  着陆反推发动机是神舟十二号飞船上的重要设备,是决定航天员能否安全回家的“最后一棒”。自1994年以来,八院动力所一直致力于反推发动机的研制,拥有坚实技术基础和丰富研制经验。

  针对神舟十二号飞船任务要求,动力所研制团队为着陆反推发动机“量身定制”了多项工艺改进措施,系统分析了可能存在的薄弱环节和风险,模拟发动机实际的贮存和使用环境,策划了全面的力学和温度环境试验考核。相比之前产品,发动机推力更大、工作时间控制更准、质量一致性更好、产品可靠性更高。

  返回舱从太空回到地面时,进入大气层的返回舱,首先需利用降落伞稳定运动姿态,然后利用着陆反推装置,进一步减小返回舱的下降速度。虽然此时已进入着陆缓冲环节,但返回舱仍具有很高的速度和较大的动能,该速度下产生的“硬碰硬”撞击,极有可能会对航天员的脊柱造成损伤。

  为了保证航天员的生命安全,并在着陆的最后一瞬依然有良好乘坐感受,着陆反推发动机通过精准配合,在降落伞减速的基础上,进一步减小垂降速度。在返回舱距离地面大约1米时,安装在返回舱底部的四个着陆反推发动机将自动点火,并以极强的缓冲力帮助飞船实施“软着陆”。

  为了保证航天员和返回舱内设备的安全,四台反推发动机必须在10毫秒内同时点火,这对发动机质量的一致性要求极高。发动机性能精度要求高,在生产和装配的全过程,每个零部件都经过严格检测,工艺人员全程现场跟踪指导,各工序专职检验员全程参与,各零部件均有完整的原始记录,以确保产品的可追溯性。

  此外,随着总体要求的不断提高,对着陆反推发动机的设计和制造也提出了新的更高要求,研制团队还开展了大量新工艺技术研究与攻关,使发动机的性能“如虎添翼”。

  最终,这四台着陆反推发动机没有令人失望,它们在预定时间内精确、同步点火,高速降落的返回舱仿佛被踩下了一脚稳、狠、准的刹车,安稳又轻盈地着陆在预定位置。

着陆搜寻信标机

  在神舟十二号飞船返回任务中,八院电子所承担了USB应答机、着陆搜寻信标机、话音处理设备、返回舱商用摄像机、图像切换器、图像二次电源、遥控解调器、遥测中控采编单元等多项产品。其中,着陆搜寻信标机和话音处理设备尤为重要。

  信标机隶属于载人航天返回舱搜救示位系统,提供着陆搜寻、海上搜寻和国际救援的示位信息功能,支持返回舱搜救任务实施。主要用于出大气层后的直升机搜寻和半双工通信,除发送信标信号外,还可以与地面搜寻人员进行通话。

  在返回着陆过程中,航天员通过信标机与地面建立话音通信,保证航天员“回家”过程中能和“家人”进行实时连线,是着陆返回过程中的“保障线”。

  为了这条“保障线”,八院电子所的设计师“绞尽脑汁”。由于对产品的可靠性、低功耗和小型化要求极为严苛,单机采用模拟电路实现方式。面对模拟器件存在的批次性参数差异、个体温度参数漂移等不利因素,团队负责人董巍带领设计人员一起“摸着石头过河”,解决了一个个难题。在发射前,为了充分模拟载人飞船返回舱在返回地球过程中,可能发生的各种工况,团队成员“上天入海”转战天南地北开展各类模拟实验,以确保信标机万无一失。

  载人飞行任务要求尽快找到返回舱、第一时间救援航天员、第一时间报告现场情况,确保航天员生命安全。着陆搜寻信标机产品虽小,工作时间也不长,但在关键时刻发挥了重要作用。

智能电源分系统

  八院811所承担了神舟十二号飞船电源分系统的研制。三位航天员在太空度过的每一天,研制团队成员都要在地面上24小时全天候地监控电源性能数据。

  据811所神舟飞船电源分系统副主任设计师唐筱介绍,为了保证在神舟十二号飞船在返回过程中,轨道舱与返回舱分离、推进舱与返回舱分离等关键环节顺利执行,电源分系统研制人员完成了6项关键项目、10个关键重件、72个关键强制检验点等控制措施落实,确保关键环节、关键动作实施期间的可靠供电。

  研制团队还准备了充分的故障预案,针对太阳电池翼制定了不同发电能力下的最低工作条件,建立了组合体运营阶段,太阳电池翼适应大范围太阳入射角变化、组合体姿态调整变换的最佳控制模式。

  此外,由于神舟十二号飞船此次返回地球,增加了快速返回工作模式。根据任务需要,由原先的绕飞地球18圈返回压缩到5圈返回。为保障快速返回,需要电源分系统制定详细的供电保障方案。

  为此,电源分系统精确制定了工作模式转换调整、开展了能量平衡分析和预计,配合总体完成了正常返回、快速返回、应急返回等不同返回模式下,电源保障方案的制度,确保在任何情况下,都能保障航天员平安回家。

责任编辑: 李辉
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