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为何10月16日发射?如何打造太空之家?神十三问天征途

为何10月16日发射?如何打造太空之家?神十三问天征途

2021年10月21日 03:16 来源:法治日报参与互动参与互动

  问天征途 神十三打赢决胜之战

  □ 本报记者 陈丽平 廉颖婷

  这是一场决胜之战。

  10月16日0时23分,搭载着神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭(简称“长二F遥十三火箭”),在酒泉卫星发射中心发射成功,打赢了我国空间站建造承前启后的关键之战。之后,3名航天员翟志刚、王亚平、叶光富成功进驻空间站天和核心舱。

  这次神舟十三号飞船发射任务,是空间站关键技术验证阶段第六次飞行任务,也是该阶段的决胜之战、收官之战。

  一座瞄准间一支穿云箭

  在酒泉卫星发射中心,由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院研制的长二F遥十三火箭塔架旁,有一座方方正正的小房子,距离发射塔架约150米,这里是火箭的瞄准间。都说火箭发射“失之毫厘,谬以千里”,这里就是火箭校毫厘之微、蓄千里之力的地方。

  火箭转场至发射区之前,瞄准人员的工作就开始了。长二F遥十三火箭地面支持系统发射队员王超说:“火箭转场前,瞄准人员要完成瞄准仪自检,核定关键参数,并开展预瞄准试验。”

  以“角秒”为单位的瞄准仪,自检精确并非易事。王超说,1度等于3600角秒,瞄准仪精度达0.5角秒,完成如此精度的校准,对技术和经验都是严峻的考验。火箭发射前经历近10次瞄准,要使用两套瞄准设备,在小小的瞄准间里,火箭院瞄准人员与发射场一岗瞄准人员反复校正,有时一校就是一天。

  长二F遥十三火箭地面总体发射队员宋晶说,瞄准就是要让火箭知晓初始方位,精度不仅关系火箭起飞滚转等动作,还关系火箭残骸能否落在划定落区范围内及飞船入轨精度等,因此瞄准人员从设备自检开始,就进入高度紧张状态。

  火箭瞄准分为粗瞄和精瞄,几乎贯穿火箭在发射区的全流程。对高度接近20层楼、体重数十吨的火箭来说,任何偏差都可能导致不可挽回的后果。

  首次粗瞄在火箭转场后。此时,火箭扛着数吨重的载荷,走了近1.5公里的路,在发射塔架旁刚刚站稳脚。粗瞄的首要任务,就是为火箭正身姿、找定位。

  全系统发射演练、紧急关机总检查……每个关键环节之后,火箭都要瞄准,负责瞄准的“教官”们一点点修正火箭站姿偏差,直到它进入执行任务的状态,成为一名真正征战太空的“战士”。

  距离发射越近,瞄准就越谨慎,推进剂加注之后,火箭还要经历一系列严苛的精瞄。

  经过前期的瞄准后,火箭位置、身姿已很正,但原来肚子空空的火箭加注了数百吨推进剂,体重一下子增加了十几倍,在多重力共同作用下,火箭会出现一定程度的下沉,此时瞄准人员会为火箭进一步核准站姿等细节。

  火箭从发射前-6小时起,精瞄工作高密度展开,瞄准人员精力高度集中,一遍遍纠正瞄准参数。发射前-5小时的瞄准参数,会成为最终的瞄准结果,与火箭弹道等数据一起,装订进火箭控制系统计算机,指导火箭执行发射任务。

  此时,瞄准工作并未结束。瞄准人员还要继续监测瞄准参数,并与-5小时提供给控制系统的瞄准诸元进行比较,如果偏差超出规定值,必须查找原因并解决。

  发射前-15分钟,火箭进入发射倒计时,发射区大部分队员已经撤离,此时火箭状态已趋于稳定,瞄准人员终于放下心来,成为最后一批撤离的人。这时,往往也是王超心情最复杂的时候。坐在撤离的车上,他忍不住一遍遍回头,望着那枚早已站直站稳的火箭。

  “瞄准偏差0.1度,入轨点就会偏差数百公里,这是瞄准人员决不允许出现的失误。”王超说。有着10余年火箭瞄准经验、执行了近10次长二F火箭瞄准任务,王超从未出现过这样的失误。

  为何选择10月16日发射

  10月15日,中国空间站建造阶段第二艘载人飞船神舟十三号进入发射前的最后时刻。21时许,飞船开始加电,会签流程开始注入,一声声“明白”从酒泉现场传到北京航天飞行控制中心大厅,屏幕上是一片黑夜中的长二F遥十三火箭。

  此次发射选择在16日凌晨。该时间段的选择,是根据飞船的运行轨道、工作条件、核心舱组合体的运行状态、跟踪测控窗口等因素确定的。为了实现与天和核心舱、天舟二号、天舟三号共同组成的一字型组合体的径向交会对接,发射窗口具有唯一性的特点。

  “这次任务有新的挑战和不同。神舟十三号将首次采用径向直接交会对接方式,径向对接状态新、航天员在轨驻留时间长、在轨试验难度大、地面提供常态支持与应急控制的要求高。”北京航天飞行控制中心主任李剑说。

  10月15日22时13分,三名航天员进入飞船舱内,画面上出现他们身着舱内压力服的身影。进入舱内后,一系列操作有条不紊地进行着。

  10月16日0时23分,“滴滴滴”的倒计时声不绝于耳。“起飞!”从东风的指挥员到北京的总调度,起飞时刻的通报在两地大厅响起,通过话音系统的扩声传遍参加任务的各个点号。

  582秒后船箭分离,飞船进入预定轨道。分离后约25分钟,在北京航天飞行控制中心的控制下,神舟十三号进入自主快速交会对接模式。

  “径向对接期间,空间站组合体遮挡和飞船大幅度姿态调整,对中继测控和飞船能源带来较大影响,测控支持模式和飞行程序安排调整变化大,这些都增加了地面状态监视判断和应急处置的难度。”北京航天飞行控制中心副主任张跃东说。

  北京航天飞行控制中心大厅里,通信调度马忠正无暇欣赏神箭的英姿,他的耳机会商里传来的是图像话音各个岗位的汇报,手上比对的是切换流程,眼睛里看的是实际屏幕显示的图像结果,话筒里传出的是自己的决策口令。这就是每次发射任务的常态。

  经过6次远导控制、寻的段4脉冲控制,飞船到达中瞄点,随后调整俯仰角至90度,分别在径向停泊至200米和19米处,最终在10月16日6时56分,与天和核心舱径向端口对接,形成天和核心舱、天舟二号、天舟三号及神舟十三号组合体。8时20分,对接通道检漏、复压完成,约2个小时后,航天员成功进入天和核心舱,交会对接段圆满结束,任务转入组合体运行阶段。

  众多挑战在现场的监视判断中被克服,“对解锁锁紧完成”的声音为太空之吻作出见证。

  天地一体测控网护航太空之旅

  作为此次任务的轨道计算备份中心与陆基测控网调度管理中心,西安卫星测控中心为任务全过程提供关键测控支持。

  “渭南,发现目标!”

  “青岛,USB、雷达跟踪正常!”

  在发射任务直播中,伴随着嘹亮的调度口令,观众可以清晰地看到火箭与飞船的飞行轨迹以及飞船内航天员的实时画面,这一切都得益于我国布局合理、功能完善的USB测控网。

  西安卫星测控中心工程师张卓告诉记者,我国已建成陆、海、天基全面覆盖的USB测控网,其综合性能已达到国际先进水平。这一测控网在频段和体制上与国际兼容,集测轨、遥测、遥控、语音、电视等功能于一体,综合了测控和天地通信功能,是飞船升空后与地面联系的唯一信息线。

  “在快速自主交会对接过程中,飞船完全依靠自主运行,地面基本不需要干预控制。这期间,地面主要靠天链中继卫星进行跟踪测控。”张卓说,“陆基USB测控设备整体性能相对更加稳定,在太空各种情况都未知的情况下,我们通过与中继卫星互为补充,组成天地一体测控网,共同护航航天员的太空之旅。”

  火箭点火后,在西安卫星测控中心测控指挥大厅全新升级的显示屏幕上,一条条代表火箭飞行状态的曲线,正在随着火箭的飞行而实时变化。

  火箭飞行约十分钟后,大屏实时画面与遥测数据同时显示船箭分离,轨道计算岗位科技人员犹如听到发令枪响一般,立刻投入到紧张的计算中。很快,飞船初始轨道与分离点参数便计算完成,相关数据同步传至北京航天飞行控制中心并实现比对,为判断发射任务圆满成功提供关键数据支撑。

  “针对此次任务的新情况、新特点,我们西安中心通过改进中心计算机系统,优化轨道计算模式,实现了对载人飞船初始轨道以及分离点参数的快速计算,尽最大可能确保了时效性。”西安卫星测控中心正高级工程师杨永安说。

  在载人航天任务中,西安卫星测控中心作为轨道计算备份中心,与北京航天飞行控制中心共同负责对航天器发射入轨、在轨运行、返回再入等阶段进行精准跟踪监视与计算分析。完成计算后,两个中心需通过数据比对,确保两者计算结果在误差允许范围以内,才能实时判断飞船的轨道数据、运行工作状态、返回舱落点等信息。

  “‘备份’是世界航天界通用的国际惯例,是为了确保重大航天任务的稳妥可靠、万无一失特意设置的。早在载人航天工程启动之初,我国便在建设全新任务控制与指挥中心的同时,对西安卫星测控中心进行改造利用,充分利用西安中心丰富的卫星测控经验,为载人航天任务的测控工作设置牢固‘双保险’。”西安卫星测控中心总工程师杨开忠介绍。

  在对航天器返回落点的计算中,该中心提供的落点预报能够将实际落点与理论落点的偏差始终控制在一公里的“十环”范围以内,为地面搜救赢得宝贵时间。神舟十二号载人飞船返回测控任务中,该中心计算出的返回舱理论落点与实际落点仅相差不足百米,刷新了载人飞船返回舱落点预报精度新纪录。

  为航天员打造舒适太空之家

  在太空,航天员能吃到可口的中国味道、能享受太空按摩、能实时健康监测,这些都归功于中国航天科工集团有限公司的技术和产品。

  此次随神舟十三号飞船出征的食品加热装置、气体流量调节阀、液路截止阀、生理信号测试盒、心电记录装置,主要用于神舟飞船环控生保分系统和医监医保设备分系统,它们是“太空厨房”“太空空调”“太空医院”的一部分,这些产品给航天员提供全方位关怀,为航天员打造舒适的太空之家。

  “太空厨房”中的食品加热装置安装在飞船内,可定量对航天食品和饮料进行加热,加热时间可调节。它是一个长宽高均不足30厘米,重量仅为4.4千克的白色方盒,内有三层加热空间,轻轻按下电源开关,只需耐心等待少许时间,航天员便可在太空中享受到热乎乎的饭菜。

  “太空厨房”里食品加热器的锁紧装置采用机械结构,保证航天员能够自如地掀开“锅盖”,这个小巧精致的锁由7个零件组成。

  全国五一劳动奖章获得者李刚,是太空产品的指定装配专家。为保证航天员能够自如地掀开“锅盖”,李刚反复摸索拆装,找到最合适的力矩控制指标,既易打开,又能安全抵御发射飞行过程中的强大冲击力。

  航天员出征时,佩戴在大腿外侧的生理信号测试盒、心电记录装置是“太空医院”产品,由航天员随身携带,只有烟盒大小,可实时监测航天员飞行过程中的心电、呼吸、体温三项生理指标,并传至地面指挥中心,由地面医护人员进行诊断。

  心电记录装置主要对接收到的航天员心电信号采样处理并存储,可累计记录超过1000小时,这些数据待返回地面后进一步分析。

  这两种产品在航天员升空、在轨飞行、返回等过程中均发挥用途,全程陪同航天员完成整个飞行任务。

  与其他位置固定的设备不同,这两种“太空医院”产品放置在航天服的口袋外侧,随着航天员处于活动状态,这对它的外形、体积、接插件连接、电气性能等提出更高要求。

  生理信号测试盒最后成型的壁厚仅1.5毫米,薄壁零件加工受力颤抖,极易变形。赵连海、王东华、蒋霜剑等技能大师研究设计出新型工装,增强零件刚性,选择合理的加工走刀参数,并成功避开零件与旋转刀具的共振点防颤,加工的零件平面度满足要求。“太空医院”其他结构件也运用这种加工方法,产品合格率大幅提高。

【编辑:苑菁菁】
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