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细数来自“神十一”的西安航天技术

2016-10-18 12:01  兵马俑在线  字号:T|T

西北信息报记者凌旎昨日“神舟十一号”载人飞船成功发射,踏上了星辰大海般的征途。但是,您知道吗?2016年10月17日上午7时30分,很多来自西安的核心航天技术和关键设备也随着“神十一”一起飞向了太空,全力为飞船保驾护航,精心呵护着两名航天员。

关键词:中央处理单元搞定“三个确保”

在刚刚飞天的“神舟十一号”飞船和长征二号火箭上,航天九院七七一所为任务配套了9种21台套整机产品、10种软件、4种10批239只电路产品,表现完美,为任务圆满成功发挥着极为重要的作用。

七七一所是全国唯一的集计算机、半导体集成电路与混合集成电路三大专业为一体的综合研究所,一直都是载人航天工程的主要承研单位。

中央处理单元:飞船的“指挥官”

“神舟十一号”飞船发射升空后,如何确保地面发送的每个指令都能让飞船接收到并处理?如何确保飞船在太空中正确有效地处理各种数据?后续,又如何确保飞船在太空中与天宫二号完美对接?要做到以上“三个确保”,七七一所研制生产的中央处理单元发挥了重要作用。

七七一所在设计中采用指令级同步技术,对担负“神舟十一号”飞船指挥重任的中央处理单元进行更加精准的控制,从而将“指挥官”发出的指令误差大幅度降低。通过高速数据交换技术,简化飞行软件设计复杂度,提高“指挥官”的运行效率。同时,地面技术人员还可以监控“指挥官”的运行状态。

GNC装置:飞船的“船载导航”

GNC就是我们常说的制导、导航和控制系统。飞船的制导、导航和控制技术是世界公认的难题,航天员在飞船中活动所产生的干扰,加大了飞船制导、导航和控制的难度。七七一所研制的GNC装置就实现了飞船上“导航”的作用,为保证航天员在太空的飞行安全和比较舒服地返回地面提供可靠支撑。话音处理组件:“神十一”的耳朵和嘴巴

要想让航天员清晰的话音穿透地球大气层的重重围剿,呈现在全国人民面前,这就需要宇航员的话音处理装置来完成这一重要的天地连接。771所研制的话音处理装置也是“神舟十一号”的“耳朵”和“嘴巴”,保障了天地语音交互的功能。

关键词:解决“神十一”舱内保温保湿

“神舟十一号”飞船最引人关注的就是两名航天员长达一月的生活情况。要确保航天员在太空中的生活舒适安全,就必须为航天员营造一个类似于地面一样的“家”,它必须要有适宜人类生存生活的温度,氧气等。而要营造这样一个温馨的“家”,就要靠热控分系统和环控生保系统来提供。

“神舟十一号”的热控分系统和环控生保系统,分别位于载人飞船的推进舱和轨道舱的舱壁内。环控、热控分系统主要采用流体换热技术进行温度控制,通过流体流动将船上产生的热量传递给外部辐射器,再通过辐射器将热量辐射到太空中。

据了解,热控分系统的作用是使飞船内保持一定的温度湿度,环控生保系统是为航天员创造合适的舱内生存环境条件,保障航天员在空间飞行的特殊环境下安全生活和正常工作。

在热控分系统中,航天六院科研人员承担了8种核心产品的研制任务,包括外回路循环泵、温控阀、自控阀、自锁阀、加排阀、补偿器、快速断接器和过滤器等共计20台产品,而为环控生保系统,六院研制提供了内回路循环泵和储能器两种产品。每一件产品在地面都要经过强度、气密性、以及冲击、振动、热环境等各种检测,直到满足所有性能指标为止。

关键词:飞船热控系统“心脏”卫士

外回路循环泵是热控系统的“心脏”,只有通过它才能驱动热控流体介质在管路内循环流动,源源不断地带走热量,从而保证飞船舱内和设备的工作温度。在热控系统的产品中,外回路循环泵技术难度大、要求精度高,是研发过程中最难啃的骨头。

该型号泵不同于航天常用的火箭发动机涡轮泵,具有小流量、长寿命(连续运行几年)、高真空的特点。小流量、低扬程就决定了泵的性能很难提升,必须想方设法提高效率。长寿命的关键在于提高轴承、密封等转动件的性能,高真空要求泵的泄漏量小,因此需要考虑动密封装置,这些都是技术人员面临的高难度问题。

航天六院11所(京)研制人员通过将近4年的探索,攻克了循环泵的机电一体化屏蔽、长寿命高速轴承等关键技术,减小了产品体积重量,总功耗降低了20%以上,满足了氦检漏的性能指标,符合热控方面的需要,而且还能够满足空间环境要求,能够承受发射过程中的冲击、振动和过载情况。舱外服循环泵采用此项技术,使航天员出舱行走时能够适应轨道上的真空、失重和高低温环境。

“此次航天员在轨时间增加约一倍,对我们提供产品的寿命要求、力学环境、热环境等要求同样也增加了。”航天六院11所(京)项目组技术负责人夏德新主任介绍道。为此,研制人员对每项产品都像对待自己成长中的孩子一样“操碎了心”。

关键词:航天员的私人医生

航天九院七七一所研制的环境控制和生命保障数据处理装置(简称“环控装置”),在打造舒适的航天员工作环境中发挥重要作用。

在太空高温、低温、高真空、高辐射的环境下运行的飞船上,人类任何普通的活动都会变得异常复杂,例如呼吸。据科学测算,人每天呼吸、排汗可产生1公斤多的水汽。在飞船相对狭小的空间内,如果不及时进行除湿,这些水汽就会停留在飞船内,进而在舱壁、仪表盘上形成冷凝水,极易造成线路短路使飞船发生故障,同时对航天员的身体健康造成巨大隐患,给任务实施带来不利影响。

由七七一所研制的环控装置安装在返回舱的大底,负责环控分系统中测量控制子系统的数据采集、处理。在航天员发汗时,及时对飞船内的环境进行除湿,同时对返回舱内的温度、湿度、烟火报警、灭火指令等进行有效控制。此外,它还负责实时采集并计算返回舱内的氧气、氮气、二氧化碳等气体含量,通过压力控制,保持适合人体生存的常压状态。

除了环控装置,七七一所还为“神舟十一号”的两名航天员提供了“私人医生”,即舱载医监设备。

航天员一旦进入太空,真正的考验才刚刚开始。飞船每90分钟就绕地球一周,相当于地面上一个昼夜。而人体由于长时间待在地面上,已经形成了固定的生物钟。试想一下,如果突然把人体的生物钟拨快16倍,将是怎样一种情况。

此外,在太空中微重力的影响下,人体的方位感荡然无存,这要比晕车还难受百倍。航天员虽然经过训练,但是面对这样复杂恶劣的环境,若航天员的健康一旦出现状况,而又没有医生现场治疗,该怎么办?这就要用到771所研制的舱载医监设备。

舱载医监设备是飞船航天员生理信息测量系统的数据处理中心,担负着航天员“私人医生”的角色,可实时全程监测航天员在飞行过程中的心电、心率、呼吸、体温、血压等数字生理信息数据,实施飞行期间对航天员的医学监督及医学保障。同时通过遥测和通讯装置,将检测到的信息传送到地面,供地面医务工作者观察、分析、指导航天员应对突发的健康状况。

航天员在飞船中活动频繁,人体血压、脉搏等弱信号的采集比较困难,所以与一般医用监测仪器相比,舱载医监设备在功能、体积、环境等方面大不相同。除了需要高可靠和安全外,还要具备检测、存储、传输和处理的功能,检测到的信号要通过多种通道传输到主机仪表和装置,从而实现对航天员实施全面有效的医学监督,确保航天员身体健康。

关键词:航天科技四院,舱体密封件只有头发丝的1/5

在载人航天工程中,航天科技四院承担了飞船和“天宫二号”密封件的研制生产任务。舱体密封件是航天器结构密封的关键部件,起着隔离空间站与外层空间、支撑航天员安全独立的生存环境的重要作用。

在外太空环境下,密封性能是飞行器的关键。密封件是航天飞船、空间站等舱体结构密封的关键部件,主要用于舱体之间的衔接,如旋窗和舱门,对隔离舱体与外层空间、支撑宇航员安全独立的生存环境具有十分重要的作用。由于外太空的复杂环境,要求密封件在高真空、高低温交变、紫外辐照、带电粒子辐照和原子氧侵蚀、组分容易挥发等特殊环境下使用不产生降解、老化和龟裂等,始终保持可靠的密封性能。另外,由于舱内载人环境的特殊要求,密封材料还必需具有极低的挥发性且无毒、无污染。

与以往飞船密封件相比,“天宫二号”作为中国第一个真正意义上的空间实验室,它的系列密封件留轨运行时间更长,产品规格更多,安全性、稳定性要求更高。两名航天员将在“天宫二号”中开展人在太空中期驻留实验,必须保证舱内压力、温度、湿度、气体成分等航天员生存条件。其密封件除要求密封性能安全可靠外,还要求材料安全无毒,能经受住-70到200℃高低温交变等各种空间复杂环境的长期考验,可安全使用30年。

经过试生产,航天科技四院研制的密封件尺寸精度完全满足要求,尺寸超差范围不超过0.01毫米,相当于头发丝的1/5。所选用的每种材料都经过了近百次的试验验证,确保了其安全性能。生产的高性能密封样件,进行了多种空间综合环境试验,各项性能满足设计要求,达到国际同类产品水平。

【延伸1】从“神十一”看载人航天工程下一步计划

中国载人航天工程,是我国空间科学实验的重大战略工程之一,于20世纪90年代初期开始筹划,并确定了三步走的发展战略。

第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验。

第二步,在第一艘载人飞船发射成功后,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,并利用载人飞船技术改装、发射一个空间实验室,解决有一定规模的、短期有料的空间应用问题。

第三步,建造载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

目前,载人航天工程基本完成了第二步战略任务,掌握了交会对接技术,开展了短期太空实验。今年9月15日,我国发射了“天宫二号”空间实验室,这是我国真正意义上的太空实验室。而10月17日发射的“神舟十一号”载人飞船,将于“天宫二号”开展交付对接,在组合体上开始长达一个月的太空驻留,开展一系列太空实验。

即将于2017年上半年发展“天舟一号”我国首艘货运飞船,解决空间组装、补给、循环利用等关键技术,为后续建造大型空间站奠定坚实的基础。这几次飞行发射,将是我国载人航天工程第二步目标全面实现的收官之战,核心之战。

载人航天工程的第三步战略目标,就是最终要在2025年之前建设一个大型空间站,空间站包括一个核心舱和两个用于实验的实验舱构成,同时与货运飞船、载人飞船进行对接,进行长期有人照料的空间运用实验。

【延伸2】中国载人航天工程的战略意义

★震人心魄的象征意义

毫不夸张地说,载人航天工程就是当代中国的万里长城。事实上,古代的万里长城,是一个符号,是中原王朝先进生产力的物质载体,是拒敌于国门之外的意志象征。它的威慑力量与军事价值同样重要。★政治角力的前沿阵地

冷战结束,美俄两大航天强国在空间站合作的问题上也频频打出外交牌,太空政治仍在延续。在这种局势下,中国于1992年启动载人航天工程,绝对不是寻求属于华人的所谓“世界第一”,而是有所为有所不为,以一种有限而克制的发展步伐保证中国在太空的力量存在。

邓小平曾说:“如果六十年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。”那么在21世纪,载人航天就是与之类似的实力象征。为了继续保持并发展中国的国际影响与地位,中国选择了发展载人航天工程。★硬实力与软实力的综合体现

载人航天工程是一个国家军事、经济和科技实力的综合标志,从神舟一号到神舟五号,从神舟六号再到神舟十一号,从无人到有人,从1人到多人再到太空出舱,再到实现交会对接,每一步都彰显了中国载人航天工程的所取得的辉煌成就。同时,不久后“神十一”和“天宫二号”的对接将为我国最终建成空间站提供坚实基础保障,打破美俄对空间的垄断,让空间造福于人类。★带动科技进步

中国航天技术的应用已经辐射到天文、地理、新材料、新能源、计算机、生物医学、精密制造等民用领域。航天技术的飞速发展,为我国移动通信、光纤通信、微电子等众多产业提供了新的发展机遇。

本文原载于兵马俑在线(www.wmxa.cn),转载请保留本链接,敬谢!

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