解密神舟十一號相關(guān)技術(shù)細節(jié)：LED光源點亮“飛天之路”
：2016-11-11
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10月17日7時30分，神舟十一號載人飛船搭載著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驗室進行交會對接。
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？“神舟”到底“神”在何處？對此，相關(guān)專家向記者講述了與神舟十一號相關(guān)的11個細節(jié)。
細節(jié)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)，同時為了適應(yīng)本次任務(wù)要求而進行了多項技術(shù)改進。
“為滿足本次任務(wù)要求，調(diào)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(yīng)本次任務(wù)交會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。
神舟十號與天宮一號對接時，軌道高度是343公里。神舟十一號和天宮二號對接時的軌道高度是393公里，比過去高了50公里，為何要高出50公里？航天科技集團五院GNC分系統(tǒng)指揮羅谷清說，主要是為了我國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略的第三步——建造空間站做準備，因為這與未來空間站的軌道高度基本相同，飛行也更加接近未來空間站要求。
細節(jié)二：時間更長——33天的太空旅程
神舟十一號入軌后經(jīng)過兩天獨立飛行，完成與天宮二號自動對接形成組合體，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(nèi)返回內(nèi)蒙古主著陸場，神舟十一號任務(wù)結(jié)束。在太空時間長，如何保障航天員太空工作生活和執(zhí)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，很重要的一個創(chuàng)新亮點，是新配備了寬波束中繼通信終端設(shè)備。
“為進一步提高安全性可靠性，新配備了寬波束中繼通信終端設(shè)備，顯著擴大了測控覆蓋范圍，提升了飛船姿態(tài)快速變化時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。
細節(jié)三：升級光學(xué)成像敏感器——完成高難度“太空之吻”
“為驗證未來航天技術(shù)，滿足未來空間站交會測量設(shè)備長壽命使用要求，對神舟十一號的交會測量設(shè)備進行了升級換代。”武平說。
天宮二號和神舟十一號的交會對接，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)成像敏感器實現(xiàn)了升級。
神舟十一號交會對接光學(xué)成像敏感器主任設(shè)計師龔德鑄說，太空中陽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”，就像開車時被對面來車晃了大燈，需要一段時間才能恢復(fù)視力，因此以往交會對接要選擇光線合適的時機進行。
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(fù)時間也能從原來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現(xiàn)準全天候?qū)崟r對接，可保障航天器突發(fā)維修補給或航天員應(yīng)急救生。
細節(jié)四：首次考核航天員中期駐留能力
“此次任務(wù)目的是進一步對改進型載人飛船功能進行全面驗證，為后續(xù)載人任務(wù)提供重要的技術(shù)支撐。此外，通過多項在軌試驗，將進一步驗證飛船設(shè)計功能，獲取和積累載人環(huán)境相關(guān)的飛行試驗數(shù)據(jù)。”神舟十一號飛船總設(shè)計師張柏楠說。
在此次空間實驗室任務(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，通過驗證航天員駐留能力，為航天員空間站階段長期在軌考核奠定基礎(chǔ)。
細節(jié)五：照明設(shè)備點亮“飛天之路”
神舟十一號在浩瀚的宇宙遨游過程中，會周期性地經(jīng)過地球陰影區(qū)，此時會經(jīng)歷很長時間的黑暗，影響在軌任務(wù)的順利完成。飛船艙內(nèi)照明設(shè)備和交會對接照明設(shè)備，不僅為航天員提供了艙內(nèi)工作、生活照明，還為載人飛船與空間實驗室在陰影區(qū)的交會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(jié)能燈，估計在飛船上還沒用幾天就熄火了。飛船上究竟采用了什么光源？神舟十一號飛船艙內(nèi)照明設(shè)備（近距離泛光照明）和交會對接照明設(shè)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(dān)這一設(shè)備研制任務(wù)的航天科技集團五院510所產(chǎn)品主管設(shè)計師楊軍說。
他指出，載人飛船有了艙內(nèi)照明設(shè)備和交會對接照明設(shè)備后，當(dāng)飛船進入地球陰影區(qū)時，航天員在艙內(nèi)仍然可以正確判讀儀表，手動操作各種開關(guān)，再也不會誤打誤撞了，飛船與空間實驗室交會對接也多了一份成功的保障。
細節(jié)六：熱控系統(tǒng)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)射場熱控分系統(tǒng)負責(zé)人付楊說，確保航天員在太空中的生活舒適安全，須為航天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(tǒng)和環(huán)控生保系統(tǒng)來提供：熱控分系統(tǒng)的作用是使飛船內(nèi)保持一定的溫度濕度，環(huán)控生保系統(tǒng)是為航天員創(chuàng)造合適的艙內(nèi)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，為航天員營造一個溫暖如春的居住環(huán)境。
他說，熱控分系統(tǒng)和環(huán)控生保系統(tǒng)，分別位于載人飛船的推進艙和軌道艙的艙壁內(nèi)。環(huán)控、熱控分系統(tǒng)主要采用流體換熱技術(shù)進行溫度控制，通過流體流動將船上產(chǎn)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。
細節(jié)七：艙門快速檢漏儀——載人飛船的“小門神”
航天員在太空飛行多天，期間要經(jīng)歷多次穿艙活動，需要打開和關(guān)閉艙門；航天員在艙內(nèi)時，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(guān)重要。
早期的飛船采用整艙加壓，通過監(jiān)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，對載人飛船的航天員來說影響較大，會浪費大量時間，因此需改進檢測手段，縮短檢測時間。
航天科技集團公司五院510所研發(fā)的艙門快速檢漏儀，實現(xiàn)對艙門和對接面的快速、準確檢漏。艙門在關(guān)閉后，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(jié)構(gòu)，在工作時向小空間內(nèi)充入一定量的檢測氣體，通過監(jiān)測小空間內(nèi)壓力的變化來判斷艙門的密封情況。如果發(fā)生泄漏，艙門快速檢漏儀會立刻發(fā)出報警指示。航天員對艙門進行處理，經(jīng)過再次檢漏合格后，才能順利入住艙內(nèi)。
“艙門快速檢漏儀能夠做到在8分鐘內(nèi)快速給出測試結(jié)果，堪稱載人飛船的‘小門神’。”航天科技集團公司五院510所產(chǎn)品主管設(shè)計師董義鵬說。
細節(jié)八：儀表板減振器——飛船儀表的“救生衣”
飛船上儀表類器件通過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器件往往比較脆弱，而發(fā)射過程中火箭的瞬時快速加速會引起飛船艙內(nèi)設(shè)備的劇烈振動，如果無法很好的隔離、衰減發(fā)射時的沖擊振動，很可能導(dǎo)致飛船儀表損壞、飛行任務(wù)失敗。
此時，神舟系列飛船儀表板減振器肩負起了為整個飛船儀表減振的重任，安裝在儀表板四個安裝點上的金屬橡膠減振器將儀表和船體隔離了開來，并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(zhì)中。
專家指出，金屬橡膠減振器完美扮演了神舟飛船儀表類器件“救生衣”的角色，確保了歷次飛行任務(wù)的圓滿成功。
細節(jié)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(huán)境中，飛船該怎樣更好地保護自己？
付楊說，他們?yōu)轱w船設(shè)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。
航天科技集團五院的研究人員為軌道艙設(shè)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(fù)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，噴涂了特殊設(shè)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。
在推進艙的底部，為有效抑制發(fā)動機點火后的高溫對推進艙內(nèi)的影響，這一重點區(qū)域運用了多層隔熱材料，能夠隔離的最高溫度達900℃。
細節(jié)十：逃逸發(fā)動機——航天員巡天的“定心丸”
看過神舟飛船發(fā)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，這就是由航天科技集團四院自主研制，被稱為航天員“生命之塔”的逃逸救生系統(tǒng)。
航天科技集團四院逃逸發(fā)動機總指揮余海林說，逃逸系統(tǒng)承擔(dān)著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(tǒng)，為航天員放心巡天提供了安全保障。
據(jù)余海林介紹，逃逸塔性能特殊，技術(shù)復(fù)雜，國際上只有美國和俄羅斯掌握了這項技術(shù)。
細節(jié)十一：飛船安全返航的法寶
回收著陸是載人航天活動的最后步驟，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(shè)計師榮偉說，五院508所肩負神舟飛船回收著陸系統(tǒng)研制，先后攻克了特大型降落傘、著陸緩沖、靜壓開傘高度控制、多模式回收程序控制、非電傳爆彈蓋開傘等關(guān)鍵技術(shù)，研制了目前國內(nèi)回收質(zhì)量最大、著陸速度最低、可靠性安全性最高、系統(tǒng)最復(fù)雜的一套航天器回收著陸系統(tǒng)。
他說，神舟十一號回收著陸的亮點明顯，一是全國首創(chuàng)特大型降落傘。降落傘系統(tǒng)是飛船返回階段的重要氣動力減速裝置，它可以將進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(tǒng)由7000多個零部件組成，是目前我國航天器回收降落傘中結(jié)構(gòu)最龐大和最復(fù)雜的系統(tǒng)。其中主傘1200平方米，能鋪滿一個足球場。二是著陸緩沖技術(shù)提升乘坐舒適度。經(jīng)過與空氣的“軟”摩擦之后，飛船返回艙進入著陸緩沖環(huán)節(jié)，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，研究人員將著陸緩沖技術(shù)應(yīng)用于神舟飛船返回艙的著陸緩沖系統(tǒng)，從而實現(xiàn)返回艙“軟著陸”。
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