神舟十三號航天員乘組太空“出差”183天 我國已突破並掌握空間站建造關鍵技術

2022年04月18日08:51

  2021年10月16日,航天員翟誌剛、王亞平、葉光富在酒泉衛星發射中心搭乘神舟十三號載人飛船進入天和核心艙,成為入住中國空間站的第二批航天員。

  曆經183天,2022年4月16日,太空“出差”三人組順利凱旋,平安降落在內蒙古東風著陸場。至此,返回地球後的神舟十三號載人飛船飛行乘組也創下了中國航天員連續在軌飛行時長新紀錄。

  在軌期間,3名航天員在地面科技人員支援下,圓滿完成了2次出艙活動、2次“天宮課堂”太空授課活動,開展了多項科學技術試驗與應用項目,順利完成全部既定任務,創造了多項“首次”。

  焦點1

  神十三飛行乘組在軌期間完成哪些任務?

  完成2次出艙活動、2次太空授課以及40餘項在軌實驗和試驗任務

  4月17日,在國新辦舉行的新聞發佈會上,中國載人航天工程航天員系統總設計師、中國航天員科研訓練中心研究員黃偉芬介紹,神舟十三號飛行乘組飛行了183天,圓滿完成了各項任務,創造了多項紀錄。“他們在軌駐留期間圓滿完成了2次出艙活動、2次太空授課,還有手控搖操作交會對接試驗以及航天醫學、航天心理學、航天工效學和空間材料科學,共計40餘項在軌實驗和試驗任務;80餘項在軌數據收集和分析工作等,還完成了大量空間站組合體平台巡檢測試、設備維護照料以及物資和站務的管理工作,並實施了健康監測、在軌防護鍛鍊以及在軌訓練和演練,完成了大量科普教育等公益視頻錄製,拍攝了大量圖片和視頻資料,獲取了寶貴和豐富的資料。”

  黃偉芬表示,總體來講,3名航天員在軌飛行期間身體和心理狀態良好,協同配合默契、工作緊張有序、生活豐富多彩、任務完成出色,他們經受住了身心考驗以及完成任務各方面的能力考驗。目前,他們已經返回北京航天城,正在按計劃開展返回後恢復工作。

  焦點2

  空間站關鍵技術驗證取得哪些成果?

  我國已突破並掌握空間站建造關鍵技術

  中國載人航天工程辦公室主任郝淳17日在國新辦舉行的新聞發佈會上介紹,通過空間站關鍵技術驗證階段任務,我們全面突破並掌握了空間站建造的關鍵技術,完善了任務的組織指揮體系,初步建立了有中國特色的載人航天運營管理體系,取得了高水平的空間科學研究成果和顯著的綜合效益。

  比如航天員長期在軌駐留的生活和工作保障技術得到全面驗證和突破,從以前最長一個月,到三個月,再到六個月;還有再生式環境控制和生命保障技術、大型柔性電池翼可驅動機構技術,機械臂輔助艙段轉位技術、航天員遙操作交會對接等一系列技術都得到了突破,為後續空間站的建設攻克了技術難關。

  完善了任務的組織指揮體系,建立了載人飛船應急發射機制和航天員應急返回搜救機制,能保障各次發射任務高效順暢實施,保證航天員在軌安全和空間站穩定運行。

  初步建立了有中國特色的載人航天運營管理體系。和以往間斷髮射和短時間在軌運行有很大的不同,進入空間站階段後,飛行器長期連續運行,航天員長期在軌工作和生活,這就要求地面對全過程、全狀態進行充分監視並處理應急情況。

  利用核心艙上的空間科學實驗設施,開展了以無容器和高微重力實驗為主要內容的科學實驗,取得了一大批具有世界水平的成果。此外,利用神舟載人飛船飛行機會,搭載了一大批各種各樣的航天種子,微生物和電子元器件等實驗樣品,還有大批瞄準未來航天技術發展的實驗設施和設備。組織開展了“天宮課堂”太空授課活動等一系列科普和教育活動,可以說在空間科學研究和綜合效益方面取得了“雙豐收”。

  焦點3

  核心艙組合體在軌運行近一年狀態如何?

  天和核心艙與天舟三號貨運飛船組合體狀態正常,在軌運行參數穩定

  中國工程院院士、中國載人航天工程空間站系統總設計師、中國空間技術研究院研究員楊宏介紹,神舟十三號飛船順利返回後,目前在軌的是天和核心艙與天舟三號貨運飛船組合體在運行,狀態正常,在軌各項運行參數穩定。

  核心艙在軌運行將近一年時間里,所有任務均是按照計劃順利實施,完成了與兩艘載人飛船和兩艘貨運飛船的交會對接,以及神舟十二號乘組3個月的駐留和神舟十三號6個月的駐留任務。同時還開展了出艙活動、機械臂轉位貨運飛船以及手控遙操作等多項專項任務。

  在此期間,開展了多項關鍵技術驗證工作,包括物化再生生保、大型組合體控制以及大型柔性太陽電池翼及驅動技術等,經過評估,結果符合預期,目前功能性能優於設計。

  比如,神舟十二號和神舟十三號兩個乘組駐留期間,天和核心艙的再生生保系統為航天員提供良好的載人環境,滿足航天員在軌的物質代謝需求。其中,將航天員排出濕氣收集成冷凝水,尿液回收再處理成飲用水和電解製氧,整個水的回收效率優於95%,水利用效率優於83%,均滿足指標要求,通過這項技術,大大降低了通過貨運飛船上行攜帶航天員飲用水和氧氣的需求量。

  新京報記者 陳琳

  ■ 揭秘

  著陸反推發動機、慣性導航、可以覆蓋3個籃球場的降落傘等設備順利完成任務

  “黑科技”護航神舟十三號乘組平安“回家”

  4月16日上午,一朵“紅白傘花”緩緩降落在內蒙古的東風著陸場,神舟十三號載人飛船成功著陸,3名航天員安全回家。醫監醫保人員對航天員進行狀態檢查後,3名航天員表示:“感覺良好。”

  在返回過程中,同步點火、慣性導航、3個籃球場大小的降落傘等“黑科技”設備也順利完成任務,護航神舟十三號航天員乘組平安“回家”。新京報記者 張建林

  4台著陸反推發動機完成關鍵“刹車”

  著陸反推發動機能否成功點火和正常工作,是決定神舟十三號航天員能否安全回家的“最後一棒”。

  “這是我們的發動機在軌時間最長的一次,我們必須確保發動機的高可靠性和高安全性。”談起與前幾次任務的不同時,中國航天科技集團八院動力所項目指揮孫福合表示,從神舟十二號的33天到神舟十三號的183天,超長時間的太空待機將給發動機帶來極大的挑戰。“我們給發動機羅列了所有可能會遇到的環境條件,並為其策劃了全面的考核試驗,以此來確保發動機在運輸、裝卸、貯存、使用過程中的結構完整性和可靠性。”孫福合說。

  為適應在軌飛船的空間環境,設計師們對發動機進行了嚴格的環境模擬試驗;為了確保發動機點火的安全可靠,進行了安全裕度驗證試驗;為了確保發動機的高可靠性,進行了發動機的高溫烤爆試驗等。

  同時,返回艙的著陸過程對於航天員來說也是個不小的挑戰。在經曆灼燒、黑障、開傘減速等程式後,返回艙仍然以近9米/秒的速度下降。而此時航天員是背朝下方面朝天地坐在返回艙里,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,必須進一步降低衝擊。而這一關鍵的“刹車”過程就由4台著陸反推發動機完成。

  為此,設計人員設計了一套出色的“刹車”動作:在返回艙距離地面1米時,4台著陸反推發動機必須在10毫秒內同時點火,大量燃氣的積聚將在燃燒室內形成高壓,最終從尾部的噴口中噴出,以反推力來減緩落地速度,提高了返回艙降落過程中最後一個環節的安全性。

  慣性導航設備精準定位東風著陸場

  從飛船與空間站分離開始到精準降落在東風著陸場,整個飛行過程都離不開慣性導航設備。

  據中國航天科技集團九院介紹,航天九院13所研製的光纖慣性測量單元是飛船GNC分系統的關鍵單機,用於測量飛船的角速度和加速度,通過給出準確測量信息,為宇航員準確返回著陸場提供關鍵數據信息,助力飛船成功進入返回軌道,確保飛船精準落地。

  此外,航天九院16所(7171廠)研製的二浮慣性測量單元位於飛船返回艙內,是飛船空間穩定運行和安全返回的關鍵單機,通過實時測量飛船的運動信息,精確控制飛船的姿態和速度,為飛船穩定運行和安全返回提供可靠保障。

  值得注意的是,返回過程中,艙內設備中的控制管理、醫學保障、語音通話等都對飛船和航天員至關重要。實現這些功能,離不開航天九院771所研製的數管分系統中央單元、艙載醫監設備主機、話音處理組件等單機。

  其中,數管分系統中央單元相當於飛船神經中樞,通過系統總線,完成對數管分系統及其他分系統設備的控制管理,實現各類數據及指令的存儲、控制、處理和轉發。

  世界上最大環帆傘保障航天員安全落地

  “打開降落傘穩穩落地”是航天員“回家”的最後一道程式。在返回過程中,傘艙蓋打開後,先拉出引導傘,再拉出減速傘。減速傘工作數秒以後會和返回艙分離,並拉出主傘,通過主傘,返回艙的落地速度會逐漸降低。記者瞭解到,此次護航神舟十三號的主傘面積達1200平方米,由1900多塊傘衣拚接而成,全部展開後可以覆蓋3個籃球場,是世界上最大的環帆傘。

  怎樣在有限的空間里保證1200平方米主傘的所有尺寸精準到位是最讓團隊頭疼的問題。航天科技集團五院508所降落傘研製中心組長楊霞,主要負責神舟十三號降落傘工藝的編製,以及設計加工工藝流程等。

  據楊霞介紹,在產品複查環節,該團隊成員要從降落傘生產的全流程複查產品每一個零部件加工的一致性狀態,要保證96根徑向帶加工後的線跡鬆緊度一致,確保每一根徑向帶長度一致,確保產品質量萬無一失。

  神舟十三號載人飛行的多個“首次”

  ●首次實施徑向交會對接

  2021年10月16日,神舟十三號載人飛船搭載三名航天員開啟“超長太空之旅”。在此次任務中,神舟十三號採用自主快速交會對接技術,在入軌後6.5小時內與核心艙完成交會對接。神舟十三號首次驗證了徑向交會對接技術,與空間站核心艙徑向對接口實施了徑向交會對接。

  ●首次執行應急救援發射待命任務

  為應對在軌停靠飛船無法返回的風險,空間站任務階段首次建立了應急救援任務模式,採用“滾動待命”策略,在前一發載人飛船發射時,後一發載人飛船在發射場待命,通過在軌停靠飛船和發射場待命飛船共同確保在軌航天員安全。神舟十三號載人飛船作為神舟十二號載人飛船備份首次執行了應急救援發射待命任務。

  ●首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗

  2022年1月6日6時59分,經過約47分鐘的跨系統密切協同,空間站機械臂轉位貨運飛船試驗取得圓滿成功,這是我國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗。此次試驗,初步檢驗了利用機械臂操作空間站艙段轉位的可行性和有效性,驗證了空間站艙段轉位技術和機械臂大負載操控技術,為後續空間站在軌組裝建造積累了經驗。

  ●完成多項空間科學實驗

  航天員在軌駐留期間,完成了9項人因工程技術實驗、3類26項航天醫學實驗領域實驗和2項空間應用領域實驗,開展了以無容器材料、高微重力實驗為重點的空間科學研究與應用,成功完成了多個純金屬、多元合金材料實驗,樣品懸浮控制精度優於0.1mm,熔化溫度達到2000℃以上,首次獲得了10-7g量級的高微重力環境,達到國際先進水平。

  ●開展一系列科普與教育活動

  2021年12月9日15時40分,“天宮課堂”第一課開講,航天員翟誌剛、王亞平、葉光富變身“太空教師”在中國空間站進行太空授課。

  2022年3月23日,“天宮課堂”第二課開講,“太空教師”翟誌剛、王亞平、葉光富在中國空間站進行太空授課,演示了太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗等。

  2022年1月1日,“元旦京港澳天宮對話”活動舉行,神舟十三號乘組與來自北京、香港和澳門的青年學生,在新年第一天進行了一場別開生面又富有意義的互動交流活動,共話“太空夢”,一起向未來。

  ●豐富的太空“業餘”生活

  由於此次任務在軌時間長,因此神舟十三號乘組也首次在太空中度過了春節、元宵節。同時,在冬奧會期間,在太空“出差”的航天員也心繫祖國的奧運賽事,進行了一次“宇宙級”互動,太空祝福也“從天而降”,航天員一起為冬奧健兒們加油喝彩。

  ●首次實施快速返回流程

  2022年4月16日,神舟十三號航天員乘組平安著陸。為進一步提高返回任務執行效率,縮短地面飛控實施時間,提高航天員返回舒適度,神舟十三號首次實施快速返回。通過對飛行任務時間進行合理裁剪和調整、壓縮操作時間,將返回所需時間由以往的11個飛行圈次壓縮至5個飛行圈次。

  ●刷新在軌飛行紀錄

  神舟十三號乘組共在軌飛行183天,創造了中國航天員連續在軌飛行時間的最長紀錄。王亞平成為中國航天員中在軌飛行累計時長最久的一位。

  據“中國載人航天”微信公眾號

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