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中国航天科工护航神舟十三号航天员乘组平安“回家”

发布时间:2022-04-16    信息来源: 中国航天科工

2022年4月16日09时56分,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域安全着陆,11时05分,航天员翟志刚、王亚平、叶光富全部安全出舱,感觉非常良好!飞行乘组在空间站组合体工作生活了183天,创下了中国航天员连续在轨飞行时长新纪录!神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功!神舟十三号载人飞行任务的圆满成功,标志着空间站关键技术验证阶段任务圆满完成,中国空间站即将进入建造阶段。



此次任务中,中国航天科工自主研制生产的多项技术产品为神舟十三号航天员乘组顺利返回提供了全程保障。

“刚柔并济”护神舟

自1999年以来,每一次神舟飞船执行任务,从未缺少中国航天科工三院111厂研制的连接分离机构的陪伴,它犹如飞船收放自如的臂膀,在飞行器从起飞、入轨、对接和返回过程中,有力连接、及时分离各个舱段,“刚柔并济”护佑神舟平安。

“升空时连接要坚强有力,分开时要干净利落”,这是连接分离机构的显著特点,更事关任务成败。连接分离机构主要包括火工锁和弹簧分离推杆,它们在神舟飞船上,如“臂膀”一样连接着三个舱段,主要位于飞船轨道舱和返回舱之间、返回舱和推进舱之间、返回舱防热大底和舱体之间。

在飞船发射阶段,“坚强有力”是对飞行器连接分离机构的首要要求。从飞船发射阶段到实施交会对接过程中,连接机构就开启了“刚性模式”,克服空中气流等外力因素的影响,避免出现任何松动引起飞船在空中解体的现象,保障了飞船各舱段安全有效连接。

在飞船返回的过程中,各个舱段之间的连接分离机构必须确保精准无误的工作。首先,轨道舱的火工锁及时打开,让推进舱和返回舱组合体踏上回家之路。当推进舱助推返回舱重返大气层内,在预定时间要及时推掉推进舱,让返回舱飞向着陆场;当返回舱接近着陆场时,舱底端用于防御吸收大气层摩擦热量的防热大底已圆满结束使命,需要由抛底火工锁执行抛底任务,进而确保返回舱安全着陆。抛底锁的动作关系到防热大底能否按时抛掉,是返回时保障航天员生命安全的重要程序。

雷达“标尺”护航平稳飞行


在神舟十三号载人飞行任务中,由中国航天科工二院23所研制的两部测量雷达全程保障,从神舟十三号返回器进入大气层就开始进行跟踪测量,如同一把“标尺”测量实时准确数据提供指控中心,并为前方搜救提供有效目标落点数据,护航返回器平安落地。

两部雷达主要用于完成各类返回器的跟踪测量任务,一部测量雷达的核心任务是承担返回器在黑障区内的跟踪测量,另一部测量雷达的核心任务是进行返回器在开伞至落地过程的跟踪测量。

返回器进入大气层时,与其周围空气激烈摩擦,会形成一个高温高压的电离气体层,这个气体层像剑鞘一样包裹在返回器表面,隔绝返回器与地面测控站之间的通信联络,形成一个黑障区。这种危险的现象,会使返回器偏离预定的着陆区域,延误对返回器的及时搜索和救援,严重时还会危及飞行安全,甚至可能危及航天员的生命。

为解决黑障区的跟踪测量问题,23所自主研制了一部相控阵体制的测量雷达。该雷达吸收了曾十一次成功保障神舟飞船返回的回收一号雷达的任务经验,优化了产品设计,在任务保障预案、保障准备等方面有扎实的基础储备。

回收任务前,保障队员通过仔细分析引导数据,与用户进行充分沟通,并配合用户针对返回任务中黑障区的跟踪测量做好充分的预案,着重针对黑障区内返回器对雷达存在隐身现象做好充分准备,为返回器回家之途保驾护航。

另一部雷达是回收任务最末端的跟踪测量雷达,它从返回器开伞后开始对目标进行测量。

返回器进入返回轨道末端,利用着陆系统或滑翔飞行使返回舱软着陆的航行轨道,称为着陆段。在此阶段,降落伞对返回器的着陆安全有重要作用,但降落伞受风的影响比较大,这一阶段一般雷达无法精确测量,而光学设备受天气、光线影响,无法开展全天时全天候的探测。

该雷达通过无源定位体制实现对返回器从开伞后至落地阶段的高精度定位,全天时全天候工作且无人值守,为落点预报和返回器搜救提供及时准确的数据信息,站好回收任务的最后一班岗。

智慧“刹车”提供精度保障


在神舟十三号飞船返回着陆的最后几米,位于返回舱底部的“伽马刹车指令员”正沉着地测算着返回舱的速度和距地面高度信息。在飞船返回舱降落至预定高度时,准确发出了反推发动机点火指令,使返回舱在反推力的作用下平稳着陆,保障航天员安全舒适回家。

由中国航天科工三院35所研制的“伽马刹车指令员”是飞船的关键设备,已先后服役于神舟八号至神舟十二号飞船,确保了历次任务成功。

伽马射线的探测体制赋予它穿透地表植被的能力,能精确测量返回舱底部距离地表的高度,精度达厘米级。通过向地表发射伽马射线、快速捕获反射回的射线,在指令员的“大脑”中进行精确计算,实时提取出高度和速度信息,在最佳时机发出反推点火指令,实现“高速度下高点火高度,低速度下低点火高度”的最优点火律,最大限度发挥反推发动机的缓冲性能。

“与行车原理一致,不同的速度、不同的刹车距离,都影响着乘坐者的感觉体验。”技术负责人王征介绍到。

为了给航天员提供最优的着陆体验,在速度自适应匹配高度控制方面,研制团队做了充分仿真与试验,对历次飞行数据进行再分析、再确认,量身定制调校数据,确保核心控制精准到位,让航天员乘组放心使用。

搜救“密网”护佑平安归家

由中国航天科工二院706所自主研制的搜救信息系统全程参与神舟十三号载人飞行任务,为护佑航天员平安归家编织了一幅严谨的搜救“密网”。

“快速返回方案”是之前从未尝试过的飞船返回技术。包括神舟十二号在内的我国所有的载人飞船在返回的时候,都需要在载人飞船和空间站舱段分离后围绕空间站进行绕飞,有时还会进行对接验证,然后伺机转入返回轨道,返回舱轨道舱脱离,返回舱返回地面,这一过程需要多次调整姿态和减速动作,耗费的时间通常要一天,而飞船快速返回的方式将节省多个环节,和神舟十三号飞船刚使用的快速对接技术类似,只需要几个小时就可以完成返回。

搜救信息系统具备搜救任务筹划、搜救指挥调度和搜救态势展示等功能,通过引进多源信号对航天器、回收场站、搜救力量等进行实时跟踪,为航天员搜救任务全程的情况掌握与指挥调度提供服务,是空间站任务实现航天员救援保障关键系统,对空间站建设与运营具有重要支撑作用。

此外,在此次飞行任务中,二院203所研制的一系列优质晶体元器件,利用稳定的石英晶体的压电效应和频率特性,在太空恶劣的环境中保持稳定跳动,并产生准确平稳的频率信号,成为地面指挥人员监测和衡量飞行状态的重要参考指标,为确保航天员安全返回地球起到重要作用。二院25所自主研制的交会对接微波雷达也在此次任务中再次开机,精确输出神舟十三号载人飞船与空间站核心舱相对距离、速度和角度等位置信息,保驾神舟十三号载人飞船的顺利返回。

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