國產(chǎn)“硬核”裝備護(hù)航神十三回家

2022年4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域安全著陸，“太空出差”三人組狀態(tài)良好，神舟十三號載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。而除了“太空出差”三人組，在此次神十三載人飛行任務(wù)中，還有不少國產(chǎn)“硬核”裝備，全程護(hù)航神舟十三號飛船，為此次載人飛行任務(wù)圓滿成功發(fā)揮了不可或缺的重要作用。

“剛?cè)岵?jì)”護(hù)神舟

自1999年以來，每一次神舟飛船執(zhí)行任務(wù)，從未缺少中國航天科工三院111廠研制的連接分離機(jī)構(gòu)的陪伴。它猶如飛船收放自如的臂膀，在飛行器起飛、入軌、對接和返回的各個階段，有力連接、及時分離各個艙段，“剛?cè)岵?jì)”護(hù)佑神舟安全。

升空時要連接有力，分開時要干凈利落。這是連接分離機(jī)構(gòu)的顯著特點(diǎn)。連接分離機(jī)構(gòu)主要包括火工鎖和彈簧分離推桿，通常位于飛船軌道艙和返回艙之間、返回艙和推進(jìn)艙之間、返回艙防熱大底和艙體之間，猶如“臂膀”一般連接著三個艙段。

在飛船發(fā)射階段，“堅(jiān)強(qiáng)有力”是對飛行器連接分離機(jī)構(gòu)的首要要求。從飛船發(fā)射階段到實(shí)施交會對接過程中，連接機(jī)構(gòu)需要開啟“剛性模式”，克服空中氣流等外力因素的影響，避免出現(xiàn)任何松動從而引起飛船在空中解體。有力保障了飛船各艙段的安全有效連接。

在飛船返回過程中，各個艙段之間的連接分離機(jī)構(gòu)同樣要確保精準(zhǔn)無誤地工作。如在軌返分離階段，軌道艙的火工鎖需及時打開，使推進(jìn)艙和返回艙組合體與其分離。而當(dāng)推進(jìn)艙助推返回艙重返大氣層時，推進(jìn)艙則要及時與返回艙分離，讓返回艙獨(dú)自踏上回家之路。而當(dāng)返回艙接近著陸場時，艙底端用于防御吸收大氣摩擦熱量的防熱大底已結(jié)束使命，也需要由拋底火工鎖執(zhí)行拋底任務(wù)，進(jìn)而確保返回艙安全著陸。這一動作關(guān)系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。

雷達(dá)“標(biāo)尺”保平安

在神舟十三號載人飛行任務(wù)中，由中國航天科工二院23所研制的兩部測量雷達(dá)全程保障，從神舟十三號返回艙進(jìn)入大氣層開始，其就如同一把“標(biāo)尺”對飛船進(jìn)行著全程跟蹤測量，并將數(shù)據(jù)提供給指控中心，為前方搜救提供有效目標(biāo)落點(diǎn)數(shù)據(jù)。

這兩部雷達(dá)分工不同，各有所長。其中一部測量雷達(dá)的核心任務(wù)是承擔(dān)返回艙在黑障區(qū)內(nèi)的跟蹤測量。返回艙進(jìn)入大氣層時，其與周圍空氣產(chǎn)生劇烈摩擦，會形成一個高溫高壓的電離氣體層，這個氣體層像劍鞘一樣包裹在返回艙表面，隔絕返回艙與地面測控站之間的通信聯(lián)絡(luò)，形成一個黑障區(qū)。這種危險現(xiàn)象，會使返回艙偏離預(yù)定著陸區(qū)域，從而延誤對返回艙的快速搜索和救援，嚴(yán)重時還會危及飛行安全。為解決這一黑障區(qū)的跟蹤測量問題，我國自主研制出了相控陣體制測量雷達(dá)。該雷達(dá)吸收了此前曾十一次保障神舟飛船返回的回收一號雷達(dá)的任務(wù)經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計，在任務(wù)保障預(yù)案、保障準(zhǔn)備等方面進(jìn)行了扎實(shí)的基礎(chǔ)儲備，著重針對黑障區(qū)內(nèi)返回艙的隱身現(xiàn)象做好了有針對性的預(yù)案，為返回艙回家之途保駕護(hù)航。

另一部雷達(dá)則是回收任務(wù)最末端的跟蹤測量雷達(dá)，它要對返回艙從開傘至落地的全過程進(jìn)行跟蹤測量。當(dāng)返回艙進(jìn)入返回軌道末端時，會利用著陸系統(tǒng)或滑翔飛行使返回艙進(jìn)行軟著陸。在此階段，降落傘受風(fēng)力作用較大，一般雷達(dá)無法精確測量，對返回艙的著陸安全有重要影響。而光學(xué)設(shè)備也受天氣、光線影響，無法開展全天時全天候探測。為此，我國自主研制的跟蹤測量雷達(dá)通過無源定位體制實(shí)現(xiàn)了對返回艙從開傘至落地階段的高精度定位，能夠做到全天時全天候、無人值守化工作，為落點(diǎn)預(yù)報和返回艙搜救提供了及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，站好了回收任務(wù)的關(guān)鍵一班崗。

智慧“剎車”更舒適

在神舟十三號飛船返回著陸的最后幾米，位于返回艙底部的“伽馬剎車指令員”正沉著地測算著返回艙的速度和距地面高度信息。并在飛船返回艙降落至預(yù)定高度時，準(zhǔn)確發(fā)出反推發(fā)動機(jī)點(diǎn)火指令，使返回艙在反推力作用下平穩(wěn)著陸，保障航天員安全舒適回家。

由中國航天科工三院35所研制的“伽馬剎車指令員”已先后服役于神舟八號至神舟十二號飛船，在歷次任務(wù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

伽馬射線的探測體制賦予了它穿透地表植被的能力。通過向地表發(fā)射伽馬射線、快速捕獲反射回的射線，并迅速通過“指令員”進(jìn)行精確計算，“伽馬剎車指令員”能夠精確測量返回艙底部距離地表的高度信息，精度達(dá)厘米級。有了這一關(guān)鍵信息，“指令員”便可進(jìn)一步在最佳時機(jī)發(fā)出反推點(diǎn)火指令，實(shí)現(xiàn)“高速度下高點(diǎn)火高度，低速度下低點(diǎn)火高度”的最優(yōu)點(diǎn)火律，最大限度發(fā)揮反推發(fā)動機(jī)的緩沖性能。

“與開車原理一致，不同的速度、不同的剎車距離，都影響著乘坐者的感覺體驗(yàn)。”技術(shù)負(fù)責(zé)人王征介紹道。為了給航天員提供最優(yōu)的著陸體驗(yàn)，在速度自適應(yīng)匹配高度控制方面，研制團(tuán)隊(duì)對歷次飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)分析、確認(rèn)，并開展了大量仿真模擬與試驗(yàn)，量身定制出了調(diào)校數(shù)據(jù)，從而確保核心控制精準(zhǔn)到位，讓航天員乘組放心回家。

標(biāo)簽： 跟蹤測量 分離機(jī)構(gòu) 飛行任務(wù)