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神舟飞船有个刹车“指令员”,让航天员安全平稳着陆

来源:中国军网-解放军报2022-05-17 15:04

  2022年4月16日,在神舟十三号载人飞船着陆的最后一段“路程”,有一个位于返回舱底部的刹车“指令员”,正在沉着地测算着返回舱的速度和距地面高度等信息。在飞船返回舱降落至预定高度时,这个“指令员”准确发出反推发动机点火指令,使返回舱在反推力作用下平稳着陆,确保了航天员安全顺利回家。

  这个“指令员”,是中国航天科工集团某研究所研制的关键设备——伽马高度控制装置。从神舟八号起,这套装置就开始在飞船上运用,在保障神舟系列飞船安全返回任务中发挥着不可替代的作用。今天,让我们走近这个神秘的刹车“指令员”,一探究竟。

  神舟飞船有个刹车“指令员”

  ■刘子萱 易 杰 解放军报记者 王凌硕

  航天员翟志刚安全顺利出舱。申凯元摄

  智慧刹车有精度保障

  伽马高度控制装置,其核心技术是伽马射线探测着陆技术。伽马射线的探测体制,赋予该装置穿透地表植被的能力,可精确测量返回舱底部距离地表的高度,精度达到了厘米级。

  其具体工作原理为:通过向地表发射伽马射线、快速捕获反射回的射线,在其“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,确保神舟飞船落地时冲击力在安全限度内,实现飞船返回舱的平稳着陆。

  “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说,为了给神舟十三号航天员回家提供舒适的着陆体验,他们在这次任务中尤其重视智慧刹车的精度保障。项目团队在速度自适应匹配高度控制方面,做了充分的仿真试验,对历次飞行数据进行再分析、再确认,量身定制调校数据,确保控制精准到位,目的只有一个——“让航天员乘组放心使用、用得放心”。

  把国产设备送上天

  我国载人航天工程启动之初,所秉持的一个重要理念是:关键技术要实现国产化。

  1993年,载人航天工程启动第二年,该技术团队开始着手用伽马射线探测着陆技术来研制刹车“指令员”。

  长期以来,我国在伽马射线探测着陆技术上一直受制于人。从神舟一号到神舟七号,一直使用的是国外产品,这也是飞船上唯一没有实现国产化的单机设备。某种意义上说,作为飞船的核心关键部件,刹车“指令员”肩负着保障航天员安全着陆的重要使命,其重要性不言而喻。

  采用伽马放射源实现高度控制,在当年缺少相关研究,研制难度很大。“技术必须自立,不让中国航天受制于人。”秉承这一理念,相关技术团队展开了一次又一次的专项试验,在获取大量的试验数据后,又开展了数十种参数组合的仿真验证及电性能验证,单机级、分系统级联合分析验证,一次次迭代优化、再分析、再验证,在保证高可靠性的基础上达到性能最优。

  2000年,技术团队终于用伽马射线探测着陆技术研制出刹车“指令员”原理样机;2008年,它作为备份产品,交付神舟七号;2011年,它随神舟八号上天,圆满完成返回舱软着陆任务。

  必须确保万无一失

  载人航天工程是复杂的大系统工程,伽马高度控制装置是单机级产品。别看部件单元小,但在每次实现技术创新的突破中,大系统的安全可靠性,都源于各分系统、单机、组件以及每个底层标准件的万无一失和环环相扣。

  工程师的每一道指令精准发出后,只有每一个环节和每一个设备都可靠工作、精准响应,才能实现整个系统的完美表现。

  据该项目负责人葛源春介绍,团队每位设计师都必须做到熟悉伽马高度控制装置全流程的设计、工艺、元器件性能、原材料特性,只有各专业、各流程、各环节之间无缝衔接,才能消除技术风险和管理盲区,得到满分。

  “干航天,得99分也是不及格!”他们要实现的,就是追求极致、万无一失。

  “成功不等于成熟,一次成功也不等于次次成功。”该装置从服务神舟八号到服务神舟十三号,已有10个年头。此次“上船”的伽马高度表是他们“最新一代的产品”。

  相比此前的任务,本次空间站飞船在轨驻留周期从过去的1个月、3个月,增加到了183天。别说飞船在轨飞行时间大幅增加,就是有细微变化,也意味着团队要面对多项技术更新、调整、优化,弄清很多具体问题。比如,放射源衰减对产品性能有没有影响,复杂空间环境对核心器件、产品最终性能有没有影响等。

  为了解决这些问题,项目团队要开展器件性能摸底试验,对电路参数影响进行分析,还要进行整机辐射专项试验评估,作最坏的情况准备。这些,只是大量论证试验工作的“冰山一角”。

  此次返回舱以直立状态落地,表现可谓完美。这是继神舟六号载人飞行任务以来的第二次,充分验证了伽马高度控制装置产品长寿命设计的可靠性和复杂空间环境适应性,验证了中长期驻留放射源活度衰减情况下的点火性能,确保了神舟十三号飞行任务的圆满完成,也为后续空间站任务的顺利开展打下了坚实基础。

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