解密 神舟十二号如何熬过不能发电的19天

2021-06-17 18:53:07 中国经济周刊

《中国经济周刊》记者 贾璇

向着宇宙,出发!

1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星"东方红一号"在酒泉卫星发射中心成功发射,拉开了中华民族探索宇宙奥秘的序幕。

半个世纪后,同在酒泉。

2021年6月17日9时22分,神舟十二号载人飞船在长征2F运载火箭的托举下,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空,前往空间站天和核心舱,开启为期3个月的"宇宙出差"任务。

神舟十二号载人飞船发射圆满成功

首次与载人飞船进行交会对接成功

此次,三位航天员要开展核心舱组合体的日常管理、两次出舱活动及舱外作业、空间科学实验和技术试验,同时进行航天员自身的健康管理。他们也是中国空间站关键技术验证和建造阶段首批入驻的航天员。

完成本次飞行任务后,他们将乘神舟十二号飞船返回舱,降落在地处巴丹吉林沙漠和戈壁带的东风着陆场。

据中国载人航天工程办公室消息,神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置, 6月17日15时54分,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口,与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱(船)组合体,整个交会对接过程历时约6.5小时。这是天和核心舱发射入轨后,首次与载人飞船进行的交会对接。

据悉,船箭在预定轨道分离,使用了国产芯片和北斗导航技术的神舟十二号飞船,在太空飞行6.5小时后,与已经和天舟货运飞船形成组合体的空间站"天和"核心舱对接,3名航天员依次进入空间站组合体。

据中国载人航天办公室介绍,空间站天和核心舱的成功发射标志着中国空间站在轨组装建造的全面展开,我国将在2022年前后建成属于自己的空间站。

建造期间,我国还将陆续发射4艘载人飞船往返天地,执行空间站关键技术验证与建造任务;后续空间站建成后,每年将会有多艘飞船往返运送航天员进入空间站,进行长期有人照料运营。

执行我国载人航天工程所有飞行任务的运载火箭、载人飞船、货运飞船、空间站舱段,均由中国航天科技集团有限公司研制。其中,中国航天科技集团八院承担神舟十二号飞船的电源分系统、对接机构分系统、测控通信子系统等研制任务。

从30天到3个月,神舟十二号能源如何保障?

据介绍,按照中国载人航天办公室的安排,2021年我国将相继实施2次神舟飞船发射。

高频率的发射任务带来新挑战。原来3年发一艘船,现在1年要发2艘船,而且航天员在轨驻留时间还需长达3个月,如何在稳定地提供能源供给的情况下,保障航天员安全返回?

神舟十二号研制场景

中国航天科技集团八院电源分系统主任设计师钟丹华介绍,从神舟十二号飞船开始,电源分系统完全建立并引入了产品保障的概念。

"研制团队编制了分系统产品保障大纲,各单机形成独自的产品保障实施细则,成立了一支专门的队伍,由领域产品保障副总师领衔,下设不同型号的产品保障工程师,参与产品从设计到交付整个流程的质量保证。"钟丹华说。

同时,电源分系统自产品设计阶段还增加了特色工作,例如开展包括可靠性、安全性、风险控制等6个专项的"再设计、再复核、再确认"环节;梳理所有的关键环节,形成9个关键环节的控制清单。

"更瘦、更小但更强"

在载人飞船测控与通信产品家族里,最重要的两位成员当属"应答机"和"空空通信机"。

应答机用于传输船-地之间的遥测、遥控、话音及测轨数据。空空通信机用于建立与空间站核心舱之间双向通信链路,主要传输图像、话音及定位数据等。

根据空间站工程任务需求,本次飞船所使用的应答机及空空通信机增加了数据下行链路带宽,但需要体重更轻、体积更小、可靠性更高。

中国航天科技集团八院电子所产品技术负责人金骏介绍,在应答机产品初步方案设计时,采用最新的射频微波集成电路技术,将原来的分立元器件升级为集成器件。"这样不但减少了元器件的数量,还减小了产品的体积和重量,神舟十二号应答机的体积和重量,仅仅是神舟十一号应答机的一半。"

神舟十二号研制场景

空空通信机的"瘦身"优化设计方案,采用了硬件功能软件化的思路,不同需求采用选择不同软件配置项。针对不同的工作模式,中频信号处理模块采用硬件通用化设计和软件无线电技术实现对中频信号的信息提取和基带处理功能,最终空空通信机重量减少1/3,体积减小1/2。

神舟十二号19天不能发电,怎么办?

在神舟飞船与空间站天和核心舱成功对接后,三舱组合体或五舱组合体飞行模式下,神舟飞船会经历最长19天的大面积遮挡周期,即太阳电池翼被遮挡、自身不能发电。

"整个空间站系统的电源能量是可以互相传动的。"中国航天科技集团八院电源分系统副主任设计师唐筱介绍,神舟飞船可以接受来自核心舱的并网供电,且源头很多,可以来自核心舱、货运飞船或者实验舱。

神舟飞船停靠在大面积遮挡区域时,舱外的设备将长期处于极度低温的环境。研制人员开展了空间环境适应性的分析,针对舱外单机做了热设计的复核复算,并开展了模拟舱外热流条件的低温热平衡试验。

中国航天科技集团八院电源分系统副主任设计师张思义说:"不同于核心舱、货运飞船,神舟飞船的分流调节器安装在舱外。为此,我们调整了分流调节器的加热回路,进一步提升了低温储存条件下的适应能力。"

(中国航天科技集团八院 沈睿 李同 缪新培 刘艳丽 金骏对本文亦有贡献,文中图片均由王淇俊拍摄)

责编:周琦

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