中国空间站建设再迈一步,神舟十二号飞船精准入轨

2021-06-17 10:02:50 上观新闻

6月17日9时22分,长征二F火箭在酒泉卫星发射中心准时点火升空,托举神舟十二号载人飞船直冲云霄。

约573秒后,神舟十二号载人飞船与火箭分离,成功进入预定轨道,将三名航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波送入太空。这是中国载人航天史上由中国人书写的又一壮举,标志中国空间站建造任务再次向前迈出了一大步。

神舟十二号载人飞船是由航天科技集团五院抓总研制,迄今为止我国研制的标准最高,各方面指标要求最严格的载人航天器。据五院总体设计部神舟十二号载人飞船系统总体副主任设计师高旭介绍,飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成,全船共有14个分系统,是航天员实现天地往返的生命之舟。

轨道舱配备了航天员在轨生活支持设备、交会对接敏感器等关键设备,为自主快速交会对接做好充分准备;返回舱是飞船发射和返回过程中航天员所乘坐的舱段,是飞船的“大脑”;推进舱则装配推进系统、电源等设备,为飞船提供动力,并在飞行过程中进行姿态轨道的控制。

神舟十二号载人飞船是我国空间站任务阶段第一艘载人飞船,是载人空间站建设的重中之重。按照预定计划,飞船搭乘宇航员采用自主快速交会对接的模式,与空间站天和核心舱前向对接口对接形成组合体,航天员驻留太空约90天后返回地面。

在这项举世瞩目的任务中,神舟十二号载人飞船不断刷新着中国载人航天技术的新高度,将完成多项国内首次——

首次实现与天和核心舱的载人自主快速对接,首次实施绕飞与空间站进行径向交会,首次具备从不同高度轨道返回东风着陆场的能力,首次实现载人飞船长期在轨停靠,首次具备天地结合多重保证的应急救援能力。

高旭从入场那一刻就期待着发射这一天的到来,“神舟十二号是迄今为止功能最完整、最完全的飞船,形象点来说,它已经完全实现载人航天工程立项之初载人飞船研制目标。”

按照计划,神舟飞船将在短短6.5小时,实现与天和核心舱的对接。可以说,自主快速交会对接的每一个动作,都牵动着亿万国人的心,这几个小时的每一步跨越,都吸引着全世界的目光。

神舟飞船一路走来,是由中国航天人历经近三十年奋勇拼搏,一步一步负重登高得来的。

1992年9月21日,中央政治局常委会批准载人航天工程“三步走”发展战略以来,我国神舟一号、二号、三号、四号相继发射成功,通过实验四次无人飞行任务,为后续载人飞行任务奠定了坚实基础。

2003年10月15日,神舟五号载人飞船乘载一名航天员成功发射,环绕地球飞行14圈后安全返回地面,我国独立自主地完整掌握了载人航天技术;

2005年10月12日,神舟六号载人飞船搭载两名航天员上天,在轨完成了多项操作,首次实现了真正有人参与的空间飞行试验,多人多天成功巡天,圆满实现了工程第一步任务目标;

2008年9月25日,神舟七号飞船搭乘翟志刚、刘伯明、景海鹏三名航天员进入太空。航天英雄翟志刚从轨道舱进入太空,迈出了中国人漫步太空的第一步;

2011年11月1日,神舟八号飞船成功实施了首次无人交会对接,实现了我国空间技术发展的重大跨越,是中国人民在攀登世界科技高峰征程上取得的又一新的胜利;

2012年6月16日,神舟九号载人飞船再次与天宫一号对接,先后通过自动控制、手动控制两次对接成功,航天员景海鹏、刘旺,以及中国首飞女航天员刘洋入驻天宫一号,突破了手控交会对接技术;

2013年6月11日,神舟十号飞船进行了第二次载人交会对接飞行,航天员聂海胜、张晓光和王亚平在成功完成交会对接后进入了天宫一号;

2016年10月17日,神舟十一号飞船与天宫二号对接形成组合体,景海鹏和陈冬执行了我国迄今为止时间最长的30天组合体驻留任务,考核了中期驻留支持能力,开展了一系列体现国际科学前沿和高新技术发展方向的空间科学与应用任务;

时至今日,神舟十二号飞行任务成功发射,奠定了空间站建造任务载人飞船天地往返的良好开端,推动我国载人航天三步走事业向前迈出了坚实一步。

栏目主编:刘锟 本文作者:刘锟 文字编辑:刘锟

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“神箭”“神舟”再牵手,打赢中国空间站在轨建造阶段载人飞行首战

执行此次任务的长二F火箭,距离其上一次发射载人飞船已有近5年时间,“神箭”与好兄弟“神舟”,尽管很久没有合作,但重回熟悉的发射场,它们默契依旧,在苍茫的戈壁滩上再次创造传奇。长二F火箭也以完美的结果在这次任务中飞出了新高度、新纪录。

可靠性指标0.9894,处于世界前列

长征二号F运载火箭(简称“长二F火箭”)是目前我国唯一一型载人运载火箭,自首飞以来共成功实施7次载人发射任务,均取得“满分”的骄人成绩。

虽然发发成功,但为了圆满完成空间站在轨建造阶段的高密度发射任务,中国航天史上这枚技术最复杂、可靠性和安全性最高的航天员“专列”,进行了多项技术改进,其可靠性和安全性再上新台阶。

中国火箭技术研究院(简称“火箭院”)长二F火箭总指挥荆木春介绍,长二F遥12火箭共进行109项技术状态更改,其中有70余项与可靠性提升相关。这些改进不涉及重大技术状态变化,主要是为了消除薄弱环节。譬如,针对发动机点火失效风险,将主机传火孔直径从4毫米改为6毫米,进一步提升点火可靠性;根据位置不同,对发动机二级游机推力室喷注口提出更加精细的角度设计要求,使推进剂能够更加充分地融合、更加高效地燃烧,为火箭提供强劲动力……

每一处改进,都体现了研制人员对可靠性的不懈追求,背后都意味着无数次的理论分析、数学仿真和试验验证。

当火箭的可靠性越来越接近1的时候,小数点后每一个数字的微小变化,实现起来都无比艰辛。长二F火箭总体副主任设计师秦曈说:“在可靠性已经相当高的情况下,再提升,难度可想而知。”

火箭院长二F火箭副总师刘烽坚定地说:“为了确保任务成功、确保航天员安全,只要能换来百分之零点零几,甚至是零点零零几的指标提升,我们所做的任何工作都是值得的。”

越是艰难越向前,最终将长二F火箭的可靠性从指标要求的0.97提升到0.9894,再次刷新了其自身纪录,处于世界前列。

安全性评估值0.99996,达国际先进水平

载人航天,人命关天。

长二F遥十一火箭在发射神舟十一号飞船时,安全性评估值达0.997,但研制队伍在追求安全性的道路上从未止步。

为确保航天员安全,遥12火箭逃逸安控体制进行了更改,提高了保密安全性能和抗干扰性能。控制逃逸发动机新增了点火功能,进一步提高了火箭的安全性。

假如火箭突发意外情况,逃逸系统启动,逃逸飞行器像“拔萝卜”一样带着返回舱飞离故障火箭。返回舱与逃逸飞行器分离后,打开降落伞,缓慢降落到地面。

但开伞过程中,返回舱会受到地面低空风的极大影响。以前逃逸飞行器只能往一个固定的方向逃逸,存在一定的安全风险。刘烽举了个例子,“如果说逃逸飞行器只能向东逃逸,正好这时地面吹来一股向西的风,这样,返回舱处于开伞状态的时候,很可能又被吹回到故障火箭的附近,航天员就比较危险。”

研制人员在现有的控制逃逸发动机的基础上,通过对软件进行调整,新增发动机点火功能,使逃逸飞行器可以向垂直于地面风的方向逃逸,更加安全、灵活。“比如说,地面刮的是南风或者是北风,现在我的逃逸能力提升了,可以提前选择与南风或北风垂直的东方向逃逸,避开地面风”,火箭院长二F火箭总体主任设计师常武权说。

逃逸系统改进后,火箭安全性评估值达0.99996这一国际先进水平。

常武权通俗地解释了小数点后这一串数字的意义,“就目前的技术状态,长二F火箭需要发射十万次,才会有4次逃逸失败,平均一万次发射,还不到一次逃逸失败的情况。在保障航天员安全方面,它比‘万无一失’的水平还要高一些”。

“万无一失”的“万”,在这里从来不是概数,而是要精确到小数点后四五位的反复迭代。秦曈说,“越往后越艰难,小数点后的数字每提升0.00001,都需要海量数据和试验的支撑”。

首次采用起飞滚转技术,可在空中转体

在这次任务中,地面支持系统人员更加胸有成竹了。

为了适应空间站在轨建造及长期运营需求,对火箭活动发射平台进行了全面大修,同时基于可靠性、操作性、维修性、应用成熟型号的成熟技术等多方面考虑,对平台进行了升级改进。

火箭院长二F火箭地面发射支持系统主任设计师刘海波介绍,最典型的就是在发射平台改进设计中,大范围采用冗余设计,不断提高其可靠性。此外,活动发射平台的操作便捷性也显著提升。活动发射平台总体设计师任晓伟举了个例子,平台上有两台“方向机”,一主一备。原来,如果主机发生故障,需要手动拆除主机上的配件,再给备用机装上一个新的配件,全程约2小时。“现在加一个离合手柄,1分钟就能完成主备机的切换,效率有了质的飞跃”,任晓伟说。

一些在长征五号、长征七号运载火箭活动发射平台上得到验证的成熟技术和产品,也用于替代那些老化的,工艺或技术过时的产品。如用行星齿轮减速器代替支撑臂上原来使用的滚柱密切圆减速器,使传动效率由60%左右提升至95%左右……通过这一项项细微处的改进,型号队伍做到了心中有数。无论是在垂直总装测试厂房,还是在发射塔架,以及转场途中,站立在活动发射平台上的长二F火箭,这一路走得更稳、走得更准。

值得关注的是,这次长二F载人状态火箭还首次采用了起飞滚转技术,更加灵活。以往,长二F火箭的任务较为单一,射向基本一致,火箭点火起飞后,经过俯仰转弯等姿态调整,直接瞄准一个固定的射向,在一个射面内飞行即可。

但后续空间站在建造和长期运营过程中,轨道倾角会有0.1°到0.5°的变化范围。而火箭要适应这种变化,有两种方法:一是针对每次任务的轨道倾角,改造瞄准间,确定火箭射向;二是通过火箭自身起飞滚转适应轨道倾角的变化和射向的变化。

前者工作量巨大,并非最佳方案。因此,型号队伍根据任务特点,从火箭自身出发,在载人状态的长二F火箭上首次应用起飞滚转技术,使火箭起飞后在空中转体,转到合适的角度后,再飞向任务要求的方向。采用该技术以后,长二F火箭更加灵活,任务适应能力也进一步提高。

从神舟一号到神舟十二号,且看中国人如何圆梦空间站

(原标题:中国空间站建设再迈一步,神舟十二号飞船精准入轨)

(责任编辑:史建磊_NBJ11331)

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