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神舟十三号于中国空间站建造的意义何在?

2021-10-16 07:59:58

中国航天报

 神舟十三号载人飞船是中国空间站关键技术验证阶段的最后一次任务,飞船由中国航天科技集团有限公司研制。此次飞行,它将验证空间站建造和运营所需的最后几项关键技术,为中国建造“天宫”打下重要基石。

倘若一切顺利,大约6个月后,搭乘神舟十三号飞船升空的3名航天员将返回我国东风着陆场。中国载人航天工程将正式转入下一阶段——空间站建造阶段。

神舟之“神”

神舟十三号载人飞船发射前,我国空间站天和核心舱、天舟三号货运飞船和天舟二号货运飞船已经形成了“一”字构型。

10月16日,神舟十三号抵达太空后,与“天和”“天舟”组合体顺利进行了首次径向交会对接,即在“一”字下方与天和核心舱快速交会对接。“径向交会对接是关键,也是神舟十三号飞行任务要验证的关键技术之一。”神舟飞船总体副主任设计师高旭告诉《中国航天报》记者。

中国此前的载人航天飞行任务从未进行过径向交会对接,而只有掌握径向交会对接技术,才能确保在未来的载人航天飞行任务中,天和核心舱可以从其“前向”“径向”同时对接两艘飞船,进而实现6名航天员同时在轨飞行。

太阳光被遮挡可能造成飞船能源供应不足。飞船设计师的解决方法是“借”——飞船与天和核心舱对接后,两者实现并网供电,当飞船能源缺乏时,可由天和核心舱为其供电。

遮挡还带来热控问题。“飞船一半很热一半很冷,太阳照射到的地方130多摄氏度,照不到的地方零下130多摄氏度。”神舟飞船热控分系统主任设计师付杨说。为此,来自航天科技集团五院的热控团队在飞船表面铺设了热控管路,为飞船返回舱设计了新的涂层,同时采用返回舱舱壁加热的方式,保证船体热量均衡。

除此之外,研制团队还解决了径向交会对接带来的控制、轨道、测控等难题。飞船的对接机构也进行了升级,提高了横向缓冲能力,以便顺利完成径向交会对接。

神舟十三号飞船要验证的另一项关键技术是6个月长期在轨飞行,这将创下中国航天员最长太空驻留纪录。高旭介绍,从神舟八号起,神舟飞船就按照180天在轨时间进行研制。“完成180天任务,我们是有信心的。”

神舟十三号飞船是中国空间站转入建造阶段前发射的最后一艘飞船,自有其“神奇”和“独特”之处。径向交会对接和180天在轨飞行是实现中国空间站多人同时值守和长期有人照料的关键,只有掌握它们,中国才能拥有一个坚不可摧的“天宫”。

“五船”并行

严格来讲,神舟十三号任务不仅仅是一艘飞船的任务。它是对中国航天生产制造和管理能力的一次“大考”,这种能力对中国建造和运营空间站至关重要。

今年8月,对刚刚进驻发射场的神舟飞船试验队而言,“神舟”呈现“五船”并行状态:一艘在天上,两艘在发射场,一艘在测试中心,一艘在总装厂房。神舟飞船副总指挥常跃东告诉记者,队伍要合理安排好神舟十二号的回收任务、神舟十三号的发射任务、神舟十四号的应急救援任务、神舟十五号的测试任务以及神舟十六号的交付任务。

如此高密度、高强度,恰恰是后续中国进入空间站建造和运营阶段的新常态。可见,建造和运营中国空间站除了要掌握必要的关键技术外,还要经得住对生产制造和管理能力的全面考验。

《中国航天报》记者在酒泉卫星发射中心采访时了解到,今年8月,神舟飞船试验队进驻发射场时,距离神舟十二号飞船从太空返回还有一个月时间。其间,他们一方面要准备新的飞船发射任务;另一方面也要准备神舟十二号的回收任务。而鉴于载人航天采取的应急救援模式,新飞船发射又要同时兼顾神舟十三号和神舟十四号两艘飞船。

常跃东介绍,我国计划在明年春季发射神舟十四号飞船。按照规划,神舟十五号飞船作为其应急备份,也应在明年随试验队一同进场,目前这艘飞船正在北京进行测试。而神舟十六号作为下一批次飞船的首艘,交付节点也迫在眉睫。综合起来,试验队就有5艘“神舟”在手。运营难度可想而知。

如何驾驭这支“神舟”舰队,才能使多船有序并行?

高旭介绍,一方面需要队伍提高管理水平,合理安排好各项工作;另一方面也需要培养多面手,提高人员的复用率,扩展人员调配余地。此外,他们还要通过数字化手段和产品化思路提高研制生产效率。高旭解释,产品化就是要达成产品状态、流程等的固化,提高产品的通用性。他举例说,现在神舟飞船的部分单机产品就实现了和天舟货运飞船通用,明显提高了研制效率。

神舟“密码”

在神舟飞船试验队中,通过创新变革带来效率提升的例子很多,综合测试就是其中的典型代表。

综合测试是指从总装到发射对整船工作进行数据判读,确保每一个时间节点都达到相应的状态。“如果达不到,可能会触发故障机制,严重时甚至中止发射。”神舟飞船综合测试主任设计师刁伟鹤说。

当前,神舟飞船的高密度发射对综合测试的专业能力提出了较高要求。靠人海战术去拼显然不可取,再说,哪来这么多测试人员?

经过几年探索,“神舟”团队找到一种新的测试模式。刁伟鹤总结为:以机器为一岗、人员为二岗的数据判读模式;北京和发射场的远程异地协同测试模式;测试过程的两个“一键式”。新模式的核心是自动化。“机器比人更可靠,人为影响小了,测试结果也会更加可靠。”他说。

如何保证新模式是有效的?神舟十二号飞船电测之前,研制团队把所有分系统相关人员召集过来,专门花了4个月时间对6000多个参数进行了判据的设计、推演和验证。不仅验证了正常数据,还通过“钓鱼执法”人为制造了一些故障数据,结果被一一识破。

累计1800多小时的验证,最终打消了各方的疑虑。“不会漏判、不会错判,因为每一条我们都做了验证。”刁伟鹤说。

新模式变革带来的效益非常显著。完成一艘飞船的综合测试,神舟十一号需要40人,神舟十二号是30人,到了神舟十三号仅需要20人。时间也压缩了,神舟十一号是70天,神舟十二号任务时两艘船仅需70天,神舟十三号任务时两艘船进一步压缩到45天。

刁伟鹤说:“在自动化判读上,我们追求‘一劳永逸’,因为我们面对的是空间站10年运营的考验。同时我也相信,别的型号不会有这么大的驱动力。”

神舟飞船的每一次发射升空都是全国人民关注的焦点。随着中国空间站建造任务的推进,“神舟”团队面临空前的考验,他们正以最大的努力、最积极的思考、最主动的行为、最广泛的智慧去推动航天制造业的变革。

或许,这才是这支队伍能够接下一个个难如登天的任务、顺利完成中华民族“神舟筑梦”的密码。

(原标题:神舟十三号于中国空间站建造的意义何在?)

来源:中国航天报

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