作者:王佳雯 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/10/17 8:09:01
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科技护航太空之旅:“准、稳、安”

神舟十号飞船返回舱落地前γ高度控制装置点火瞬间

10月17日,搭载着两名中国航天员的神舟十一号飞船在长征二号F遥十一火箭的推举下准确进入预定太空轨道,天宫二号与神舟十一号即将在太空中亲密相逢。

中国航天科工集团公司作为载人航天工程的副总指挥单位,其所属20余家单位共提供多台套单机产品、大量工业基础件、电子元器件产品及软件测评服务,为天宫二号与神舟十一号打造“准、稳、安”的太空之旅,也为建设我国美丽太空家园做好了准备。

“准”:铸造精准对接的“太空之眼”

要实现神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室的交会对接,少不了一双用于精准测量的“眼睛”来观测彼此的相对位置,而交会对接微波雷达便是这样一双炯炯有神的“眼睛”。

神舟十一号飞船入轨后,在与天宫二号仍相隔近200公里的距离时,安装在神舟十一号上的微波雷达就拉开了工作序幕。它会向安装在天宫二号上的应答机发出信号,作为回应,应答机在接到信号后,会给出回波信号。借助这一来一往的往返信号,“微波雷达就可以给出测距、测速、测角数据,确定天宫二号与神舟十一号的相对位置”,交会对接微波雷达总师孙武告诉《中国科学报》记者。

要让两个高速运动的物体精准对接,这双“眼睛”测距、测角、测速的精度自然得有过人之处。

据孙武介绍,交会对接微波雷达“在测量范围上,上至北京五环一整圈,下至一张桌子的长度;在测距精确程度上,可以达到一把20公分的尺长;在测角精度上,相当于人眼测试视力时,相邻两行之间的角度;在速度测量的误差上,基本小于一只蚂蚁的爬行速度。”

此外,这双“眼睛”的厉害之处还在于“自主化”的运行模式。“微波雷达自己发射信号、通过应答机回波信号进行测量,不依赖于其他系统和先验数据,完全自主化。”孙武介绍称。

本次交会对接任务中,神舟十一号飞船上的微波雷达是在神舟十号微波雷达技术状态基础上升级改造的产品。而天宫二号空间实验室上的微波应答机则是交会对接微波雷达家族的第二代产品 ,比以往更小、更可靠,还增加了通信功能,为后续空间站的交会对接测量任务做好了技术准备。本次交会对接也是第一代产品与第二代产品的匹配对接,是对微波雷达这一创新成果的考验。

“稳”:确保飞行器不“跑偏”

“精度高”“集成度高”“可靠性高”,作为确保载人飞船交会对接阶段的专用测量装置,高精度加速度计组合的这些特点,将在交会对接中发挥重要作用。

加速度计就是测量载体运动加速度的装置。而这台装置不仅用于测量运输飞船与目标飞行器交会对接沿X轴、Y轴和Z轴方向的平移速度增量,而且也用于检测飞船轨控发动机工作过程,调姿、姿控过程,对接及分离过程,轨道舱泄压过程等运动过程的微重力变化,助力飞行器平稳运行不“跑偏”。

“飞船进行交会对接时,运动加速度是很小的。”高精度加速度计组合主任设计师于华南告诉记者,要实现很小加速度的高分辨率、高精度测量并非一件容易的事。

但这一加速度计分辨率非常高,是载人飞船配备的所有具备加速度测量功能的设备中测量精度和分辨率最高的产品。

记者了解到,从神舟八号飞船开始配备该装置至今,它通过在神八、神九、神十这三次飞行中的完美表现,已为自身打上了高可靠性的标签。

“安”:点亮航天员平安回家路

当航天员结束为期一个多月的太空旅行重返地球之日,也到了中国航天科工三院研制的γ高度控制装置一展身手之时。

作为神舟飞船飞行任务的最后环节,γ高度控制装置将准确探测出返回舱距地面的高度,可靠启动反推发动机,确保“神十一”落地时的冲击力控制在安全限度内,保障飞船返回舱平稳着陆、航天员安全返回地球。

在γ高度控制装置主任设计师王征眼里,作为飞船返回舱平稳着陆的“最后一道屏障”,γ高度控制装置的任务使命就是要“确保返回舱在着陆前,在近地高度,给出一个准确可靠的启动缓冲发动机点火的工作高度”。

为了完成上述使命,研究人员用一重又一重的保障,从设计源头上为产品可靠性增加了层层保险。

“γ高度控制装置是由发射器、接收机和校正器形成的一个组合。”王征解释称,为了可靠地给出电路信号,这一组合采用了三路冗余设计,并且每一路都采用了不同的点火方式。

与主伞、备伞的降落速度相匹配的点火方式、定高安全点火的设计,都是由校正器来实现。而即使校正器失效,接收机同样也可以发出点火信号。

一环扣一环的冗余设计,巩固提高了安全性,再加上研究人员对γ高度控制装置进行了全寿命周期的严格质量控制,以及对重要组件的耐空间环境适应性试验,所有这些研究人员在前期所付出的努力,目的只有一个,就是迎接航天员平安回家。

 
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