揭秘神舟十一號飛船返航利器:最後關頭高度判斷

2020-12-05 中國新聞網

  終於,在太空生活工作了30天的航天員景海鵬、陳冬安全返回了祖國母親的懷抱。11月18日,乘著紅白相間的巨大傘衣,神舟十一號載人飛船返回艙在四子王旗草原上安全著陸,這是神舟飛船回收著陸系統的第11次出發,創下回收系統最長在軌紀錄後,安全返回。

  正如公眾從電視畫面裡看到的那樣,神舟十一號返回時,引導傘、減速傘、主傘相繼打開,著陸反推發動機點火工作,返回艙著陸。這些動作只有一個目的,即讓飛船返回艙溫柔地擁入地球母親懷抱,減輕著陸衝擊對航天員健康以及太空飛行器的損害。

  這並不容易,回收著陸是載人航天活動的最後步驟,也是決定航天員能否安全回家的最後一棒。中國青年報·中青在線記者採訪相關專家,揭秘護航神舟十一號飛船安全返回的三大利器。

  發現:一雙「注視」飛船的眼睛

  隨著神舟十一號在四子王旗預定區域順利著陸,LM-313雷達(代號「回收一號」)的回收跟蹤測量任務也宣告結束。

  「回收一號」雷達用於飛船返回段測量,從載人飛船突破大氣層奔向地面的那刻起,「回收一號」就密切「注視」著它,搜索返迴路徑,捕捉目標,告訴地面等待的人們,神舟十一號回家了。

  這部由航天科工集團二院23所研製的雷達,是我國第一部精密跟蹤相控陣測量雷達。早在1999年8月,它就被布置在白雲鄂博場區前置雷達站,同年11月21日,完成了對「神舟一號」的回收段跟蹤測量任務。

  至今,「回收一號」已連續11次執行「神舟」飛船回收任務和「和平號」空間站返回測量任務,均圓滿完成任務。它還接過「嫦娥」回家,在載人航天工程中,可謂是個「老司機」。

  「回收一號」的項目總師向記者透露,尤其是在執行神舟二號任務時,在主著陸場只有「回收一號」跟蹤飛船返回的情況下,正是靠它的數據找到飛船,立下了大功。

  11月18日中午,神舟十一號載人飛船的著陸回收任務開始了,「回收一號」靜靜地立在回收場裡,目光如炬。

  當返回器距地面一定公裡時,雷達屏幕上開始出現捕獲範圍內的第一點。「回收一號」的項目總師說,隨著指控大廳工作人員報出「回收一號」發現目標,所有人為之振奮。此後的時間,回波捕獲持續、穩定,直到神舟飛船安全著陸。

  連接:讓返回艙自由地飛向著陸場

  在神舟十一號飛船上,有一個被稱作「連接分離機構」的零件,從外面幾乎看不到,它小得如茶杯大小,隱匿於各個艙段之間,是一個不折不扣的幕後英雄。

  連接分離機構,說白了就是3把鎖,在軌道艙和返回艙之間的,是一號鎖,主要是航天員順利返回地球的第一道安全保障。在返回艙和推進艙之間的,是二號鎖,用來保證返回艙進入大氣層後在預定時間預定地點著陸的首要設備。而在飛船著陸前,則輪到拋底鎖上場,拋底鎖的動作,關係到防熱大底能否按時拋掉,是返回時保障航天員生命安全的重要程序。

  也因此,連接分離機構被形象地比作神舟飛船的臂膀,可以有力地連接起了飛船的三艙,同時又按照飛船工作的階段性要求,毫秒不差地將各個艙段分開。

  這一系統由航天科工集團三院111廠研製,別看就這3道「鎖」,做起來卻並不容易。

  要知道,在火箭上升時,這3把「鎖」要承受重達數噸的載荷,保證艙間緊密連接。用航天科工集團三院111廠連接分離機構項目負責人的話說,飛船在飛行過程中並不能保證一帆風順,有時可能會遇到空中的橫向氣流,會受到轉彎彎矩的影響,這就必須保證在發射和運行段,實現絕對剛性連接,克服各種各樣的外力,不允許出現任何鬆動,否則會產生飛船空中解體或地面解體的後果。

  接下來是對接時的考驗,當飛船臨近「天宮二號」以及實施交會對接過程中,連接更需要保證牢固,不受外力影響。當交會對接完成,飛船準備返回時,一號鎖就要準確地打開,推掉軌道艙,讓推進艙和返回艙組合體踏上回家之路。

  當推進艙助推返回艙重返大氣層內,在預定時間抵達預定軌跡時,二號鎖就要毫不猶豫地打開,推掉推進艙,讓返回艙自由地飛向著陸場。

  最後的時刻來了。當返回艙接近著陸場時,艙底端用於防禦吸收大氣層摩擦熱量的防熱大底已結束使命,由拋底鎖執行拋底任務。111廠的項目負責人表示,將大底拋掉,裡面疊放的降落傘才能順利打開,進而帶著返回艙安全返回地面。

  剎車:最後關頭的高度判斷

  在神舟十一號載人飛船減速降落的最後一刻,一片耀眼的光焰,閃現在電視畫面中。很多人會為此心頭一緊:「這麼大的衝擊力,都冒火光了?」

  事實上,這道「光」正是安全的信號,是神舟十一號返回艙反推發動機啟動的標誌。在飛船著陸前的最後關頭,由航天科工集團三院35所研製的γ高度控制裝置,探測出返回艙距地面的高度,啟動反推發動機,「緊急剎車」,將下降速度減小到安全速度。

  經過與空氣的「軟」摩擦之後,神舟飛船返回艙進入著陸緩衝環節,原本,這最後一步是硬碰硬的撞擊,但γ高度控制裝置的負責人王徵告訴記者,該裝置能夠讓飛船在著陸瞬間,判斷飛船的高度,從而實施「剎車」,具體來看其過程——

  在返回艙降至離地面約幾千米高度時,主傘打開,γ高度控制裝置開始加電工作。

  在距離地面數米高度時,γ高度控制裝置給出預指令信號,提示航天員即將著陸。

  在返回艙接近地面時,γ高度控制裝置給出點火指令,控制反推發動機點火,至此,該裝置的使命完成了。

  γ高度控制裝置,被稱作神舟飛船飛行任務的最後環節,是飛船的關鍵設備。然而,在神舟八號任務之前,我國在這方面一直是使用國外產品。

  那時,國內採用γ放射源實現高度控制缺少相關研究。航天科工集團三院35所項目組在成立之初,只有行政指揮加3個老師傅和兩個年輕人,算得上是該所規模最小的隊伍。

  時任所長助理的劉波,擔任了γ高度控制裝置項目行政指揮,他說,當時的情況不比現在,誰也不知道我們的產品最後能不能上飛船,可謂「前路不明」。

  日復一日的等待與付出終於得到了回應,35所γ高度控制裝置在綜合空投試驗中,用成績證明了自己,終於成為神舟七號備份產品。那一年,王徵成了γ高度控制裝置的主任設計師,即該項目第三代主任設計師。

  2011年11月,國產的γ高度控制裝置成功應用於神舟飛船。王徵認為自己是幸運的,雖然有太多的難關要克服,但給予自己施展抱負的機會和支持,讓自己懂得了國家的航天事業是如何鑄就的,懂得了什麼是「國家利益高於一切」,更懂得了什麼是傳承。

  如今這次任務,是這個國產的γ高度控制裝置第4次參加神舟飛船航天飛行,正是這件小部件,為航天員點亮回家最後的這段路。航天人經歷了10餘年的艱難拼搏,經歷過不斷的跌倒、質疑、又爬起來前行的歷煉,「把國產的裝置送上天」的夢終於圓了。

  中國青年報·中青在線記者 邱晨輝 來源:中國青年報 ( 2016年11月22日 11 版)

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