盤點(diǎn)為航天員“太空凱旋”保駕護(hù)航的硬核技術(shù)

張建松

9月17日13時(shí)34分，隨著神舟十二號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域安全著陸，聶海勝、劉伯明、湯洪波三位航天員從太空凱旋，安全返回地球家園。在三位航天員平安著陸的那一刻，中國航天科技集團(tuán)八院動(dòng)力所研制生產(chǎn)的著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)擔(dān)負(fù)起保駕護(hù)航重任。

著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)

著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)是神舟十二號(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”。自1994年以來，八院動(dòng)力所一直致力于反推發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，擁有堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)和豐富研制經(jīng)驗(yàn)。

針對(duì)神舟十二號(hào)飛船任務(wù)要求，動(dòng)力所研制團(tuán)隊(duì)為著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)“量身定制”了多項(xiàng)工藝改進(jìn)措施，系統(tǒng)分析了可能存在的薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險(xiǎn)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的貯存和使用環(huán)境，策劃了全面的力學(xué)和溫度環(huán)境試驗(yàn)考核。相比之前產(chǎn)品，發(fā)動(dòng)機(jī)推力更大、工作時(shí)間控制更準(zhǔn)、質(zhì)量一致性更好、產(chǎn)品可靠性更高。

返回艙從太空回到地面時(shí)，進(jìn)入大氣層的返回艙，首先需利用降落傘穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，然后利用著陸反推裝置，進(jìn)一步減小返回艙的下降速度。雖然此時(shí)已進(jìn)入著陸緩沖環(huán)節(jié)，但返回艙仍具有很高的速度和較大的動(dòng)能，該速度下產(chǎn)生的“硬碰硬”撞擊，極有可能會(huì)對(duì)航天員的脊柱造成損傷。

為了保證航天員的生命安全，并在著陸的最后一瞬依然有良好乘坐感受，著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)通過精準(zhǔn)配合，在降落傘減速的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步減小垂降速度。在返回艙距離地面大約1米時(shí)，安裝在返回艙底部的四個(gè)著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)將自動(dòng)點(diǎn)火，并以極強(qiáng)的緩沖力幫助飛船實(shí)施“軟著陸”。

為了保證航天員和返回艙內(nèi)設(shè)備的安全，四臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)必須在10毫秒內(nèi)同時(shí)點(diǎn)火，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的一致性要求極高。發(fā)動(dòng)機(jī)性能精度要求高，在生產(chǎn)和裝配的全過程，每個(gè)零部件都經(jīng)過嚴(yán)格檢測，工藝人員全程現(xiàn)場跟蹤指導(dǎo)，各工序?qū)Ｂ殭z驗(yàn)員全程參與，各零部件均有完整的原始記錄，以確保產(chǎn)品的可追溯性。

此外，隨著總體要求的不斷提高，對(duì)著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造也提出了新的更高要求，研制團(tuán)隊(duì)還開展了大量新工藝技術(shù)研究與攻關(guān)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能“如虎添翼”。

最終，這四臺(tái)著陸反推發(fā)動(dòng)機(jī)沒有令人失望，它們?cè)陬A(yù)定時(shí)間內(nèi)精確、同步點(diǎn)火，高速降落的返回艙仿佛被踩下了一腳穩(wěn)、狠、準(zhǔn)的剎車，安穩(wěn)又輕盈地著陸在預(yù)定位置。

著陸搜尋信標(biāo)機(jī)

在神舟十二號(hào)飛船返回任務(wù)中，八院電子所承擔(dān)了USB應(yīng)答機(jī)、著陸搜尋信標(biāo)機(jī)、話音處理設(shè)備、返回艙商用攝像機(jī)、圖像切換器、圖像二次電源、遙控解調(diào)器、遙測中控采編單元等多項(xiàng)產(chǎn)品。其中，著陸搜尋信標(biāo)機(jī)和話音處理設(shè)備尤為重要。

信標(biāo)機(jī)隸屬于載人航天返回艙搜救示位系統(tǒng)，提供著陸搜尋、海上搜尋和國際救援的示位信息功能，支持返回艙搜救任務(wù)實(shí)施。主要用于出大氣層后的直升機(jī)搜尋和半雙工通信，除發(fā)送信標(biāo)信號(hào)外，還可以與地面搜尋人員進(jìn)行通話。

在返回著陸過程中，航天員通過信標(biāo)機(jī)與地面建立話音通信，保證航天員“回家”過程中能和“家人”進(jìn)行實(shí)時(shí)連線，是著陸返回過程中的“保障線”。

為了這條“保障線”，八院電子所的設(shè)計(jì)師“絞盡腦汁”。由于對(duì)產(chǎn)品的可靠性、低功耗和小型化要求極為嚴(yán)苛，單機(jī)采用模擬電路實(shí)現(xiàn)方式。面對(duì)模擬器件存在的批次性參數(shù)差異、個(gè)體溫度參數(shù)漂移等不利因素，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人董巍帶領(lǐng)設(shè)計(jì)人員一起“摸著石頭過河”，解決了一個(gè)個(gè)難題。在發(fā)射前，為了充分模擬載人飛船返回艙在返回地球過程中，可能發(fā)生的各種工況，團(tuán)隊(duì)成員“上天入?！鞭D(zhuǎn)戰(zhàn)天南地北開展各類模擬實(shí)驗(yàn)，以確保信標(biāo)機(jī)萬無一失。

載人飛行任務(wù)要求盡快找到返回艙、第一時(shí)間救援航天員、第一時(shí)間報(bào)告現(xiàn)場情況，確保航天員生命安全。著陸搜尋信標(biāo)機(jī)產(chǎn)品雖小，工作時(shí)間也不長，但在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮了重要作用。

智能電源分系統(tǒng)

八院811所承擔(dān)了神舟十二號(hào)飛船電源分系統(tǒng)的研制。三位航天員在太空度過的每一天，研制團(tuán)隊(duì)成員都要在地面上24小時(shí)全天候地監(jiān)控電源性能數(shù)據(jù)。

據(jù)811所神舟飛船電源分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師唐筱介紹，為了保證在神舟十二號(hào)飛船在返回過程中，軌道艙與返回艙分離、推進(jìn)艙與返回艙分離等關(guān)鍵環(huán)節(jié)順利執(zhí)行，電源分系統(tǒng)研制人員完成了6項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目、10個(gè)關(guān)鍵重件、72個(gè)關(guān)鍵強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)等控制措施落實(shí)，確保關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵動(dòng)作實(shí)施期間的可靠供電。

研制團(tuán)隊(duì)還準(zhǔn)備了充分的故障預(yù)案，針對(duì)太陽電池翼制定了不同發(fā)電能力下的最低工作條件，建立了組合體運(yùn)營階段，太陽電池翼適應(yīng)大范圍太陽入射角變化、組合體姿態(tài)調(diào)整變換的最佳控制模式。

此外，由于神舟十二號(hào)飛船此次返回地球，增加了快速返回工作模式。根據(jù)任務(wù)需要，由原先的繞飛地球18圈返回壓縮到5圈返回。為保障快速返回，需要電源分系統(tǒng)制定詳細(xì)的供電保障方案。

為此，電源分系統(tǒng)精確制定了工作模式轉(zhuǎn)換調(diào)整、開展了能量平衡分析和預(yù)計(jì)，配合總體完成了正常返回、快速返回、應(yīng)急返回等不同返回模式下，電源保障方案的制度，確保在任何情況下，都能保障航天員平安回家。