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為何10月16日發射?如何打造太空之家?神十三問天征途

為何10月16日發射?如何打造太空之家?神十三問天征途

2021年10月21日 03:16 來源:法治日報參與互動參與互動

  問天征途 神十三打贏決勝之戰

  □ 本報記者 陳麗平 廉穎婷

  這是一場決勝之戰。

  10月16日0時23分,搭載著神舟十三號載人飛船的長征二號F遙十三運載火箭(簡稱“長二F遙十三火箭”),在酒泉衛星發射中心發射成功,打贏了我國空間站建造承前啟后的關鍵之戰。之后,3名航天員翟志剛、王亞平、葉光富成功進駐空間站天和核心艙。

  這次神舟十三號飛船發射任務,是空間站關鍵技術驗證階段第六次飛行任務,也是該階段的決勝之戰、收官之戰。

  一座瞄準間一支穿云箭

  在酒泉衛星發射中心,由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院研制的長二F遙十三火箭塔架旁,有一座方方正正的小房子,距離發射塔架約150米,這里是火箭的瞄準間。都說火箭發射“失之毫厘,謬以千里”,這里就是火箭校毫厘之微、蓄千里之力的地方。

  火箭轉場至發射區之前,瞄準人員的工作就開始了。長二F遙十三火箭地面支持系統發射隊員王超說:“火箭轉場前,瞄準人員要完成瞄準儀自檢,核定關鍵參數,并開展預瞄準試驗。”

  以“角秒”為單位的瞄準儀,自檢精確并非易事。王超說,1度等于3600角秒,瞄準儀精度達0.5角秒,完成如此精度的校準,對技術和經驗都是嚴峻的考驗。火箭發射前經歷近10次瞄準,要使用兩套瞄準設備,在小小的瞄準間里,火箭院瞄準人員與發射場一崗瞄準人員反復校正,有時一校就是一天。

  長二F遙十三火箭地面總體發射隊員宋晶說,瞄準就是要讓火箭知曉初始方位,精度不僅關系火箭起飛滾轉等動作,還關系火箭殘骸能否落在劃定落區范圍內及飛船入軌精度等,因此瞄準人員從設備自檢開始,就進入高度緊張狀態。

  火箭瞄準分為粗瞄和精瞄,幾乎貫穿火箭在發射區的全流程。對高度接近20層樓、體重數十噸的火箭來說,任何偏差都可能導致不可挽回的后果。

  首次粗瞄在火箭轉場后。此時,火箭扛著數噸重的載荷,走了近1.5公里的路,在發射塔架旁剛剛站穩腳。粗瞄的首要任務,就是為火箭正身姿、找定位。

  全系統發射演練、緊急關機總檢查……每個關鍵環節之后,火箭都要瞄準,負責瞄準的“教官”們一點點修正火箭站姿偏差,直到它進入執行任務的狀態,成為一名真正征戰太空的“戰士”。

  距離發射越近,瞄準就越謹慎,推進劑加注之后,火箭還要經歷一系列嚴苛的精瞄。

  經過前期的瞄準后,火箭位置、身姿已很正,但原來肚子空空的火箭加注了數百噸推進劑,體重一下子增加了十幾倍,在多重力共同作用下,火箭會出現一定程度的下沉,此時瞄準人員會為火箭進一步核準站姿等細節。

  火箭從發射前-6小時起,精瞄工作高密度展開,瞄準人員精力高度集中,一遍遍糾正瞄準參數。發射前-5小時的瞄準參數,會成為最終的瞄準結果,與火箭彈道等數據一起,裝訂進火箭控制系統計算機,指導火箭執行發射任務。

  此時,瞄準工作并未結束。瞄準人員還要繼續監測瞄準參數,并與-5小時提供給控制系統的瞄準諸元進行比較,如果偏差超出規定值,必須查找原因并解決。

  發射前-15分鐘,火箭進入發射倒計時,發射區大部分隊員已經撤離,此時火箭狀態已趨于穩定,瞄準人員終于放下心來,成為最后一批撤離的人。這時,往往也是王超心情最復雜的時候。坐在撤離的車上,他忍不住一遍遍回頭,望著那枚早已站直站穩的火箭。

  “瞄準偏差0.1度,入軌點就會偏差數百公里,這是瞄準人員決不允許出現的失誤。”王超說。有著10余年火箭瞄準經驗、執行了近10次長二F火箭瞄準任務,王超從未出現過這樣的失誤。

  為何選擇10月16日發射

  10月15日,中國空間站建造階段第二艘載人飛船神舟十三號進入發射前的最后時刻。21時許,飛船開始加電,會簽流程開始注入,一聲聲“明白”從酒泉現場傳到北京航天飛行控制中心大廳,屏幕上是一片黑夜中的長二F遙十三火箭。

  此次發射選擇在16日凌晨。該時間段的選擇,是根據飛船的運行軌道、工作條件、核心艙組合體的運行狀態、跟蹤測控窗口等因素確定的。為了實現與天和核心艙、天舟二號、天舟三號共同組成的一字型組合體的徑向交會對接,發射窗口具有唯一性的特點。

  “這次任務有新的挑戰和不同。神舟十三號將首次采用徑向直接交會對接方式,徑向對接狀態新、航天員在軌駐留時間長、在軌試驗難度大、地面提供常態支持與應急控制的要求高。”北京航天飛行控制中心主任李劍說。

  10月15日22時13分,三名航天員進入飛船艙內,畫面上出現他們身著艙內壓力服的身影。進入艙內后,一系列操作有條不紊地進行著。

  10月16日0時23分,“滴滴滴”的倒計時聲不絕于耳。“起飛!”從東風的指揮員到北京的總調度,起飛時刻的通報在兩地大廳響起,通過話音系統的擴聲傳遍參加任務的各個點號。

  582秒后船箭分離,飛船進入預定軌道。分離后約25分鐘,在北京航天飛行控制中心的控制下,神舟十三號進入自主快速交會對接模式。

  “徑向對接期間,空間站組合體遮擋和飛船大幅度姿態調整,對中繼測控和飛船能源帶來較大影響,測控支持模式和飛行程序安排調整變化大,這些都增加了地面狀態監視判斷和應急處置的難度。”北京航天飛行控制中心副主任張躍東說。

  北京航天飛行控制中心大廳里,通信調度馬忠正無暇欣賞神箭的英姿,他的耳機會商里傳來的是圖像話音各個崗位的匯報,手上比對的是切換流程,眼睛里看的是實際屏幕顯示的圖像結果,話筒里傳出的是自己的決策口令。這就是每次發射任務的常態。

  經過6次遠導控制、尋的段4脈沖控制,飛船到達中瞄點,隨后調整俯仰角至90度,分別在徑向停泊至200米和19米處,最終在10月16日6時56分,與天和核心艙徑向端口對接,形成天和核心艙、天舟二號、天舟三號及神舟十三號組合體。8時20分,對接通道檢漏、復壓完成,約2個小時后,航天員成功進入天和核心艙,交會對接段圓滿結束,任務轉入組合體運行階段。

  眾多挑戰在現場的監視判斷中被克服,“對解鎖鎖緊完成”的聲音為太空之吻作出見證。

  天地一體測控網護航太空之旅

  作為此次任務的軌道計算備份中心與陸基測控網調度管理中心,西安衛星測控中心為任務全過程提供關鍵測控支持。

  “渭南,發現目標!”

  “青島,USB、雷達跟蹤正常!”

  在發射任務直播中,伴隨著嘹亮的調度口令,觀眾可以清晰地看到火箭與飛船的飛行軌跡以及飛船內航天員的實時畫面,這一切都得益于我國布局合理、功能完善的USB測控網。

  西安衛星測控中心工程師張卓告訴記者,我國已建成陸、海、天基全面覆蓋的USB測控網,其綜合性能已達到國際先進水平。這一測控網在頻段和體制上與國際兼容,集測軌、遙測、遙控、語音、電視等功能于一體,綜合了測控和天地通信功能,是飛船升空后與地面聯系的唯一信息線。

  “在快速自主交會對接過程中,飛船完全依靠自主運行,地面基本不需要干預控制。這期間,地面主要靠天鏈中繼衛星進行跟蹤測控。”張卓說,“陸基USB測控設備整體性能相對更加穩定,在太空各種情況都未知的情況下,我們通過與中繼衛星互為補充,組成天地一體測控網,共同護航航天員的太空之旅。”

  火箭點火后,在西安衛星測控中心測控指揮大廳全新升級的顯示屏幕上,一條條代表火箭飛行狀態的曲線,正在隨著火箭的飛行而實時變化。

  火箭飛行約十分鐘后,大屏實時畫面與遙測數據同時顯示船箭分離,軌道計算崗位科技人員猶如聽到發令槍響一般,立刻投入到緊張的計算中。很快,飛船初始軌道與分離點參數便計算完成,相關數據同步傳至北京航天飛行控制中心并實現比對,為判斷發射任務圓滿成功提供關鍵數據支撐。

  “針對此次任務的新情況、新特點,我們西安中心通過改進中心計算機系統,優化軌道計算模式,實現了對載人飛船初始軌道以及分離點參數的快速計算,盡最大可能確保了時效性。”西安衛星測控中心正高級工程師楊永安說。

  在載人航天任務中,西安衛星測控中心作為軌道計算備份中心,與北京航天飛行控制中心共同負責對航天器發射入軌、在軌運行、返回再入等階段進行精準跟蹤監視與計算分析。完成計算后,兩個中心需通過數據比對,確保兩者計算結果在誤差允許范圍以內,才能實時判斷飛船的軌道數據、運行工作狀態、返回艙落點等信息。

  “‘備份’是世界航天界通用的國際慣例,是為了確保重大航天任務的穩妥可靠、萬無一失特意設置的。早在載人航天工程啟動之初,我國便在建設全新任務控制與指揮中心的同時,對西安衛星測控中心進行改造利用,充分利用西安中心豐富的衛星測控經驗,為載人航天任務的測控工作設置牢固‘雙保險’。”西安衛星測控中心總工程師楊開忠介紹。

  在對航天器返回落點的計算中,該中心提供的落點預報能夠將實際落點與理論落點的偏差始終控制在一公里的“十環”范圍以內,為地面搜救贏得寶貴時間。神舟十二號載人飛船返回測控任務中,該中心計算出的返回艙理論落點與實際落點僅相差不足百米,刷新了載人飛船返回艙落點預報精度新紀錄。

  為航天員打造舒適太空之家

  在太空,航天員能吃到可口的中國味道、能享受太空按摩、能實時健康監測,這些都歸功于中國航天科工集團有限公司的技術和產品。

  此次隨神舟十三號飛船出征的食品加熱裝置、氣體流量調節閥、液路截止閥、生理信號測試盒、心電記錄裝置,主要用于神舟飛船環控生保分系統和醫監醫保設備分系統,它們是“太空廚房”“太空空調”“太空醫院”的一部分,這些產品給航天員提供全方位關懷,為航天員打造舒適的太空之家。

  “太空廚房”中的食品加熱裝置安裝在飛船內,可定量對航天食品和飲料進行加熱,加熱時間可調節。它是一個長寬高均不足30厘米,重量僅為4.4千克的白色方盒,內有三層加熱空間,輕輕按下電源開關,只需耐心等待少許時間,航天員便可在太空中享受到熱乎乎的飯菜。

  “太空廚房”里食品加熱器的鎖緊裝置采用機械結構,保證航天員能夠自如地掀開“鍋蓋”,這個小巧精致的鎖由7個零件組成。

  全國五一勞動獎章獲得者李剛,是太空產品的指定裝配專家。為保證航天員能夠自如地掀開“鍋蓋”,李剛反復摸索拆裝,找到最合適的力矩控制指標,既易打開,又能安全抵御發射飛行過程中的強大沖擊力。

  航天員出征時,佩戴在大腿外側的生理信號測試盒、心電記錄裝置是“太空醫院”產品,由航天員隨身攜帶,只有煙盒大小,可實時監測航天員飛行過程中的心電、呼吸、體溫三項生理指標,并傳至地面指揮中心,由地面醫護人員進行診斷。

  心電記錄裝置主要對接收到的航天員心電信號采樣處理并存儲,可累計記錄超過1000小時,這些數據待返回地面后進一步分析。

  這兩種產品在航天員升空、在軌飛行、返回等過程中均發揮用途,全程陪同航天員完成整個飛行任務。

  與其他位置固定的設備不同,這兩種“太空醫院”產品放置在航天服的口袋外側,隨著航天員處于活動狀態,這對它的外形、體積、接插件連接、電氣性能等提出更高要求。

  生理信號測試盒最后成型的壁厚僅1.5毫米,薄壁零件加工受力顫抖,極易變形。趙連海、王東華、蔣霜劍等技能大師研究設計出新型工裝,增強零件剛性,選擇合理的加工走刀參數,并成功避開零件與旋轉刀具的共振點防顫,加工的零件平面度滿足要求。“太空醫院”其他結構件也運用這種加工方法,產品合格率大幅提高。

【編輯:苑菁菁】
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