在圓滿(mǎn)完成各項(xiàng)試驗(yàn)任務(wù)之后,太空出差三人組航天員翟志剛、王亞平和葉光富結(jié)束了太空生活,安全返回地球。
4月16日10時(shí)許,神舟十三號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸,航天員翟志剛、王亞平、葉光富平安返回、感覺(jué)良好。飛行乘組在空間站組合體工作生活了183天,創(chuàng)下了中國(guó)航天員連續(xù)在軌飛行時(shí)長(zhǎng)新紀(jì)錄,至此中國(guó)空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段任務(wù)完成,即將轉(zhuǎn)入在軌組裝建造階段。
從半年前出差太空到如今神十三返回艙成功著陸,有哪些硬核“助手”護(hù)航航天員乘組平安“回家”?
著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)毫秒必爭(zhēng)
著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)是神舟十三號(hào)飛船上的重要設(shè)備,是決定航天員能否安全回家的最后一棒,也決定著飛行任務(wù)的最終成敗。著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)能否成功點(diǎn)火,能否正常工作,關(guān)系到返回艙中的航天員能否安全回家。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院(下稱(chēng)“八院”)動(dòng)力所從1994年以來(lái)就致力于反推發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。“這是我們的發(fā)動(dòng)機(jī)在軌時(shí)間最長(zhǎng)的一次,我們必須確保發(fā)動(dòng)機(jī)的高可靠性和高安全性,從而保證飛船返回艙走穩(wěn)歸航路。”談起與前幾次任務(wù)的不同時(shí),所項(xiàng)目指揮孫福合對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示,從神舟十二號(hào)的33天到神舟十三號(hào)的183天,超長(zhǎng)時(shí)間的太空待機(jī)將給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。
因?yàn)樘窄h(huán)境復(fù)雜,著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)隨返回艙升空后將經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間太空繞行、下降返回等多次復(fù)雜的環(huán)境考驗(yàn),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性要求極高。
“雖然我們有著研制著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)的深厚基礎(chǔ),對(duì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)也都再熟悉不過(guò)了。但我們還是給發(fā)動(dòng)機(jī)羅列了所有可能會(huì)遇到的環(huán)境條件,并為其策劃了全面的考核試驗(yàn),以此來(lái)確保發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)輸、裝卸、貯存、使用過(guò)程中的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性。”孫福合說(shuō)。“針對(duì)外太空復(fù)雜嚴(yán)酷的環(huán)境條件,我們必須要考慮得再深入一點(diǎn),驗(yàn)證得再充分一點(diǎn),這樣我們的航天員就能更多一分安全。”發(fā)動(dòng)機(jī)副主任設(shè)計(jì)師何鵬說(shuō)道。
此外,返回艙的著陸過(guò)程對(duì)于航天員來(lái)說(shuō)也是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。在經(jīng)歷灼燒、黑障、開(kāi)傘減速等程序后,返回艙仍然有近每秒9米的速度。而此時(shí)航天員是背部朝下面朝天坐在返回艙里,如此高的著陸速度將損傷航天員的頸椎。為了確保他們的安全,必須進(jìn)一步降低沖擊。而這一關(guān)鍵的“剎車(chē)”過(guò)程就將由4臺(tái)反推著陸發(fā)動(dòng)機(jī)完成。
返回艙的這腳“剎車(chē)”踩早了不行,踩晚了也不行,只有時(shí)機(jī)和時(shí)長(zhǎng)分秒不差,才能確保返回艙體平穩(wěn)、安全落地。為此,動(dòng)力所的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了一套精彩的“剎車(chē)”動(dòng)作:在返回艙距離地面1米時(shí),4臺(tái)反推著陸發(fā)動(dòng)機(jī)必須在10毫秒內(nèi)同時(shí)點(diǎn)火,大量燃?xì)獾姆e聚將在燃燒室內(nèi)形成高壓,最終從尾部的噴口中噴出,以反推力來(lái)減緩降落速度。
這四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的個(gè)頭和重量雖然都不大,每臺(tái)都能在瞬間產(chǎn)生大約3噸的巨大推力,4臺(tái)一起工作,就有十多噸的推力。這股巨大的反推力有效地抑制了返回艙的下墜勢(shì)頭,大大降低了飛船的下降速度,減輕了航天員著陸過(guò)程中受到的過(guò)載沖擊,提高了返回艙降落過(guò)程中最后一個(gè)環(huán)節(jié)的安全性。
“超長(zhǎng)待機(jī)”的電源分系統(tǒng)
自2021年10月16日發(fā)射,神舟十三號(hào)已成功運(yùn)行近6個(gè)月,是在軌時(shí)間最長(zhǎng)的載人飛船。
八院811所研制的電源分系統(tǒng),為這艘在軌時(shí)間最長(zhǎng)、返回時(shí)間最快、在軌并網(wǎng)供電次數(shù)最多的神舟飛船正常運(yùn)行、安全返回提供保障。
為了確保飛船安全返回,一個(gè)多月前,神舟十三號(hào)電源分系統(tǒng)順利通過(guò)了一場(chǎng)返回前的 “模擬大考”。
811所神舟飛船電源分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師鐘丹華介紹,電源分系統(tǒng)配合總體對(duì)神舟十三號(hào)上所有的設(shè)備進(jìn)行加電,對(duì)這些設(shè)備一一進(jìn)行開(kāi)機(jī)巡檢,“因?yàn)樵谂c空間站成功對(duì)接后,飛船上許多設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。在軌運(yùn)行期間,電源分系統(tǒng)僅需提供1/2到1/3的額定能量。開(kāi)機(jī)巡檢,是對(duì)電源分系統(tǒng)在額定負(fù)載下的供電能力的考核。”
同時(shí),配合總體開(kāi)展飛船的能量平衡分析,進(jìn)行故障預(yù)案的推演和發(fā)電能力的評(píng)估。結(jié)果顯示,神舟十三號(hào)在軌運(yùn)行期間,電源分系統(tǒng)整個(gè)供電狀態(tài)非常好,“雖然已經(jīng)在軌工作近6個(gè)月,太陽(yáng)電池翼的發(fā)電能力和飛船入軌初期基本沒(méi)變化”,鐘丹華說(shuō)道。
在軌期間,神舟十三號(hào)與空間站成功開(kāi)展了6次并網(wǎng)供電,驗(yàn)證了空間站的智能用電模式。
鐘丹華介紹,“神舟十三號(hào)在軌的六個(gè)月,經(jīng)歷了空間站組合體對(duì)地飛行、慣性飛行,以及天舟二號(hào)轉(zhuǎn)位試驗(yàn)等復(fù)雜遮擋情況。6次并網(wǎng)供電最短2天,最長(zhǎng)5天,確保飛船正常運(yùn)行的同時(shí),考核了電源分系統(tǒng)適應(yīng)全遮擋工作的能力,也驗(yàn)證了空間站核心艙的徑向口最大提供載人飛船1400瓦供電能力的設(shè)計(jì)指標(biāo)。”
據(jù)介紹,神舟十三號(hào)飛船首次采用5圈快速返回的方案,分離到落地僅需10小時(shí)。從6.5小時(shí)的快速對(duì)接,到10小時(shí)的快速返回,航天員的乘坐舒適度更高了。
鐘丹華表示,由于此次是首次在徑向復(fù)雜遮擋條件下,開(kāi)展組合體分離等返回動(dòng)作,電源的重點(diǎn)工作是保證在任何角度和工況下,飛船能夠安全地實(shí)施分離,順利進(jìn)入自主飛行狀態(tài)。“電源分系統(tǒng)需要根據(jù)太陽(yáng)入射角和遮擋情況,制定飛船實(shí)施分離期間的供電保障方案。從目前預(yù)計(jì)的返回時(shí)間來(lái)看,太陽(yáng)入射角比較理想,可以說(shuō)是一個(gè)比較柔和的返回過(guò)程。”
由于近期本土疫情限制了人員流動(dòng),為確保神舟十三號(hào)在返回期間,電源分系統(tǒng)地面監(jiān)控工作的可靠執(zhí)行,811所研制人員制定了“三地聯(lián)動(dòng)”飛控策略。
“北京、酒泉、上海,三地同步神舟十三號(hào)返回電源分系統(tǒng)地面監(jiān)控工作。其中最挑戰(zhàn)的在酒泉。從進(jìn)入酒泉基地,到神舟十三號(hào)返回,中間僅有一天的時(shí)間。我們需要在這段時(shí)間內(nèi),啟動(dòng)各種設(shè)備、打通與北京的通訊鏈路,這是一場(chǎng)與時(shí)間的賽跑,確保特殊時(shí)期,保障航天員成功返回。” 鐘丹華說(shuō)。
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