揭秘:神舟十三号乘组安全胜利凯旋,得益于这些“黑科技”

发布日期:2022-04-15 17:00:38   浏览量 :129
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2022年4月16日上午,一朵“红白伞花”缓缓降落在内蒙古的东风着陆场,神舟十三号载人飞船成功着陆,3名航天员安全回家。医监医保人员对航天员进行状态检查后,3名航天员表示:“感觉良好。” 

从距离地面300多公里的太空穿越大气安全着陆,这也是神舟系列飞船顺利执行的第八次载人飞行任务。作为中国空间站关键技术验证阶段发射的第二艘载人飞船,神舟十三号也是驻留太空时间最久的神舟飞船。在此次飞行任务中,神舟十三号载人飞船实现了多个“首次”。

在返回过程中,同步点火、惯性导航、3个篮球场大小的降落伞等“黑科技”设备也顺利完成任务,护航神舟十三号航天员乘组平安“回家”。

 

4月16日,神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆。图/IC photo

4台反推着陆发动机完成关键“刹车”

着陆反推发动机是神舟十三号飞船上的重要设备,着陆反推发动机能否成功点火和正常工作,是决定航天员能否安全回家的“最后一棒”,也决定着飞行任务的最终成败。

“这是我们的发动机在轨时间最长的一次,我们必须确保发动机的高可靠性和高安全性,从而保证飞船返回舱‘走稳’归航路。”谈起与前几次任务的不同时,中国航天科技集团八院动力所项目指挥孙福合表示,从神舟十二号的33天到神舟十三号的183天,超长时间的太空待机将给发动机带来极大的挑战。

太空环境复杂,着陆反推发动机随返回舱升空后将经历长时间太空绕行、下降返回等多次复杂的环境考验,对发动机的环境适应性要求极高。“虽然我们有着研制着陆反推发动机的深厚基础,对相关的结构也都再熟悉不过,但我们还是给发动机罗列了所有可能会遇到的环境条件,并为其策划了全面的考核试验,以此来确保发动机在运输、装卸、贮存、使用过程中的结构完整性和可靠性。”孙福合说。 

据介绍,为适应在轨飞船的空间环境,设计师们对发动机进行了严格的环境模拟试验;为了确保发动机点火的安全可靠,进行了安全裕度验证试验;为了确保发动机的高可靠性,进行了发动机的高温烤爆试验等。

神舟十三号返回舱舱体安全平稳落地。图/IC photo

同时,返回舱的着陆过程对于航天员来说也是个不小的挑战。在经历灼烧、黑障、开伞减速等程序后,返回舱仍然以近9米/秒的速度下降。而此时航天员是背朝下方面朝天地坐在返回舱里,如此高的着陆速度将损伤航天员的颈椎。为了确保他们的安全,必须进一步降低冲击。而这一关键的“刹车”过程就由4台反推着陆发动机完成。

为此,动力所的设计人员设计了一套出色的“刹车”动作:在返回舱距离地面1米时,4台反推着陆发动机必须在 10 毫秒内同时点火,大量燃气的积聚将在燃烧室内形成高压,最终从尾部的喷口中喷出,以反推力来减缓落地速度。 

每台都能在瞬间产生大约3吨的巨大推力,4台一起工作,就有十多吨的推力。这股巨大的反推力有效地抑制了返回舱的下坠势头,大大降低了飞船的下降速度,减轻了航天员着陆过程中受到的过载冲击,提高了返回舱降落过程中最后一个环节的安全性。 

惯性导航设备精准定位东风着陆场

从飞船与空间站分离开始到精准降落在东风着陆场,整个飞行过程都离不开惯性导航设备。

据中国航天科技集团九院介绍,航天九院13所研制的光纤惯性测量单元是飞船GNC分系统的关键单机,用于测量飞船的角速度和加速度,通过给出准确测量信息,为宇航员准确返回着陆场提供关键数据信息,助力飞船成功进入返回轨道,确保飞船精准落地。

此外,航天九院16所(7171厂)研制的二浮惯性测量单元位于飞船返回舱内,是飞船空间稳定运行和安全返回的关键单机,通过实时测量飞船的运动信息,精确控制飞船的姿态和速度,为飞船稳定运行和安全返回提供可靠保障。

神舟十三号返回舱安全降落在东风着陆场预定区域。图/IC photo

值得注意的是,返回过程中,舱内设备中的控制管理、医学保障、语音通话等都对飞船和航天员至关重要。实现这些功能,离不开航天九院771所研制的数管分系统中央单元、舱载医监设备主机、话音处理组件等单机。

记者了解到,数管分系统中央单元相当于飞船神经中枢,通过系统总线,完成对数管分系统及其他分系统设备的控制管理,实现各类数据及指令的存储、控制、处理和转发。舱载医监设备主机是航天员生理信息测量系统的数据处理中心,相当于临床护士,负责接收航天员的生理健康指标信号,实现医学监督与保障。话音处理组件安装在航天员的通信头戴装置内,配置双麦克、双耳机,为航天员在返回过程中与地面站保持语音联络提供有力保障。

应急数据记录器也是舱内重要设备之一。由航天九院704所设计的应急数据记录器,记录并存储着飞船返回地球全程的重要数据,包括声音、舱内气压、温度、湿度、飞船姿态、各种设备工作状态以及航天员在仪表上的操作等。即便是承受强冲击、超高温火烧和落入深海后长时间浸泡的恶劣组合条件下,存储的数据依然能被完整读取。

世界上最大环帆伞保障航天员安全落地

降落伞产品是神舟飞船回收着陆分系统关键产品,生产过程复杂,关键控制环节多,从加工、包装到装配均为手工操作。此次从天而降的“红白伞”则是由航天科技集团五院508所神舟飞船回收着陆分系统研制团队制作而成。 

“打开降落伞稳稳落地”是航天员“回家”的最后一道程序。在返回过程中,伞舱盖打开后,先拉出引导伞,再拉出减速伞。减速伞工作数秒以后会和返回舱分离,并拉出主伞,通过主伞,返回舱的落地速度会逐渐降低。 

世界上最大环帆伞保障航天员安全落地。图/IC photo

记者了解到,此次护航神舟十三号的主伞面积达1200平方米,由1900多块伞衣拼接而成,全部展开后可以覆盖3个篮球场,拉直长度近70米,能够横跨足球场,是世界上最大的环帆伞。

降落伞的加工是神舟飞船研制过程的关键一步。怎样在有限的空间里保证1200平方米主伞的所有尺寸精准到位是最让团队头疼的问题。航天科技集团五院508所降落伞研制中心组长杨霞,主要负责神舟十三号降落伞工艺的编制,以及设计加工工艺流程、细化工序内容,制定生产阶段的产品质量保证控制措施,解决降落伞加工过程中的技术难题。

据她介绍,在产品复查环节,该团队成员要从降落伞生产的全流程复查产品每一个零部件加工的一致性状态,要保证 96 根径向带加工后的线迹松紧度一致,确保每一根径向带长度一致,确保产品质量万无一失。 

过程
飞船
航天员
神舟
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