“太空之吻”的背后(组图)

　　本报记者 刘欢 本报通讯员 罗世俊 唐新培

　　打开天宫舱门需用特殊钥匙

　　神九与天宫一号两个飞行器对接完以后，会有一个真空的对接通道。

　　专家透露，所谓负压就是往对接通道里充空气，使两舱的压力趋于平衡，如果两舱的压力不均衡，要么开启舱门变得很困难，要么会给航天员带来危险。舱门上有一个平衡阀，类似于高压锅上的放气阀，是专门用来调节两舱压力的装置。

　　完成一系列操作，航天员就将打开舱门。开启天宫舱门要用特殊的钥匙，这把钥匙有一个旋转手柄，航天员按照标识方向旋转两周左右，舱门处于解锁状态，航天员再拉手柄，打开舱门，然后固定。

　　微波雷达引导太空相遇

　　要实现神九和天宫一号在太空“相识”、相遇，就必须时刻清楚知道它们的飞行状态参数，例如飞行速度、相对的距离和角度等信息。当有了这些数据，强大的计算机系统就可以给出准确的控制指令，指引它们朝“相遇点”不断前进。其中牵引的“红线”正是中国航天科工二院25所研制的交会对接微波雷达。

　　在日常应用中，测量目标的速度、距离等参数的工具是雷达，它就像人的眼睛和耳朵。雷达不受白天黑夜的限制，也不受乌云雨雪的阻挡，这一点，家用的“倒车雷达”就有所体现。

　　那测量空间飞行器的微波雷达是什么样的呢？

　　中国航天科工二院25所自主研发的交会对接微波雷达作为实施载人交会对接任务的关键敏感器，为交会对接提供距离、速度、角度、角速度等信息。在首次交会对接任务中，微波雷达在太阳暗区和阳光照射环境下均实现正常工作，在飞船撤离返回阶段，微波雷达为两艘航天器的安全“分别”提供了准确数据。

　　交会对接微波雷达包括雷达和应答机两个分系统，应答机伴随“天宫一号”目标飞行器在轨飞行，始终正常工作。“神舟九号”飞船上配套的微波雷达是“神舟八号”飞船配套雷达的姊妹产品，进行过多轮互换性实验，具有与应答机良好的匹配性。具体来说，该微波雷达的测量范围远至百公里之外，近至数十米之间，在如此大的跨度中，它的测距精度可以达到一把尺子的长度，测角精度误差小于1度，而速度测量误差更是微乎其微。整个装置类似iPad2大小，重量还不到12kg，真可谓是袖珍的高科技“小眼睛”。

　　“铁盒子”促成太空之吻

　　一个饭盒大小的黑色的“铁盒子”，却对首次载人交会对接起着至关重要的作用。它究竟拥有怎样非凡的“魔力”，才能让空间交会对接这样的高难度动作完美完成。

　　作为飞船上精度最高的加速度测量装置，“铁盒子”高精度加速度计组合能够在微重力状态下精确地测量飞船与目标飞行器交会对接的沿X轴、Y轴和Z轴方向的平移速度增量，同时也用于检测飞船轨控发动机工作过程，调姿、姿控过程，对接及分离过程、轨道舱泄压过程等运动过程的微重力变化。此前，它已经成功助力神舟八号与天宫一号完成交会对接任务。

　　“神八与神九使用的高精度加速度计组合是一样的。”该装置设计师于华男说。2012年年初，对从神八上取回的产品进行复测后，研制团队发现，经过各种复杂环境考验后的“铁盒子”依然满足使用要求，各项指标仍然达标。

　　据悉，核心部件加速度计曾经七次成功应用在神舟系列飞船上，但针对本次任务的特点，设计人员仍然在抗力学冲击、密封性和温度控制三方面开展了大量工作，收到了预期效果。此外，以一块集成在组合中的微重力电路代替原本承担实时微重力测量的单机，有效地减少了飞船上单机的数量，并减轻了飞船的一部分“体重”。

　　“生命圈”护航穿舱之旅

　　天宫和神九交会对接机构密封圈要在－100℃以下的条件下完成对接的严丝合缝。要知道，普通橡胶在温度降至－80℃以下时就会变得像玻璃一样脆，完全丧失了弹性，同时也无法实现密封的功能，因此对接的技术难度可想而知。

　　密封一旦失效，舱内与太空环境直接联通，会使舱内气压降至接近真空，绝大部分仪器设备将因带电粒子辐射完全丧失功能，同时也将危及航天员的生命。因此，密封圈是确保航天员生命安全和交会对接任务顺利完成的“生命圈”。承担对接机构密封圈研制任务的就是中国航天科技集团公司一院703所，该密封圈也是目前为止我国在太空中最大规格的密封圈。

　　负责研制工作的该所高级工程师任灵告诉记者，与以往不同的是，开展交会对接任务时，密封圈前端面直接裸露在空间环境中，因此，所承受的高真空、原子氧、紫外、高低温交变和各种形式的辐照作用更强，并且天宫不再是太空的匆匆过客，而是我国航天员长期驻守的“太空家园”，恶劣环境的长期考验会使密封材料降解甚至断裂。另外，为满足天宫减重的要求，此次交会对接时密封压紧力比正常密封所需压紧力要小得多，且呈不均匀分布，同时粘着力的考虑在航天密封史上也尚属首次，粘着力过小无法完全密封，过大在对接机构分离、飞船返回地面时又不易分开。

　　该所突破了多项技术难题，研制出全面符合各项指标要求的直径达1.5米、采用环保特种材料制成的对接机构密封圈。该所非金属材料及工艺事业部主任王立峰介绍说，这个空间密封圈中的巨无霸能够在－110℃的条件下仍旧保持良好的柔性和弹性，还具备强大的耐真空和辐射的性能，既可以在微小的压紧力状态下保持良好的密封性，又具有较低的粘着力不会妨碍飞船分离。

　　快速检漏仪器监控舱门状态

　　载人航天器与一般的航天器相比，最大的区别在于它是一个加压舱，要保证航天员居住和试验环境能和地面一样保持大气压环境。但是航天员在飞行试验过程中需要进行舱外活动和各舱段间的穿梭活动时，舱门在太空环境中打开后再次关闭是否密封良好，就得依靠舱门快速检漏仪来进行准确判断。

　　舱门快速检漏仪是一台多学科综合性设备，完成了正压环境建立和保持、数据采集、数据显示和数据结算和处理以及数据通信等多功能的产品，涉及电控技术、软件工程化、传感器技术、阀门技术等多项应用技术。

　　在本次交会对接任务中，研制人员对检漏仪方案又进行了重大设计更新，可以用一台检漏仪分时检测两个舱门，同时增加了遥控遥测功能，既能用于“神舟八号”无人飞行状态下由地面控制进行检漏，也能用于“神舟九号”航天员操作完成检漏，同时还能将监测数据通过遥测下传到地面进行判断和数据分析。

　　设计应急返回救生方案

　　在载人交会对接中，由于任务的需要，神舟九号飞船要频繁地变轨，以往的地面计算落点的方式可以为航天员实现安全返回提供帮助。然而，为了进一步保障航天员的生命安全，提升飞船自主运行的能力，飞船系统设计了在轨自主应急返回的救生方案。也就是说一旦飞船与地面失去联系，地面指挥系统无法为飞船计算准确的落点时，飞船将启动自主应急返回系统。届时，仪表控制器应用软件这个智能“管理员”将发挥作用，它可以进行轨道预报，并通过神经网络计算落点的控制参数，寻找落点的优选方案，进而实现飞船的自主应急返回。

　　自主应急返回系统的应用，进一步提升了飞船及航天员自身的安全性，实现了完全由飞船仪表控制器应用软件自主快速计算返回控制参数的功能，解决了飞船在地面测控通信网外可进行自主应急返回的技术难题。

　　“手风琴”膜盒输送能源

　　我国载人航天工程未来将在太空建立永久性的空间试验室，进行更深远的空间科学试验和科学探索，从而为和平利用太空和开发太空资源打下坚实基础。

　　天宫一号是我国为进行太空科学试验和科学探索而建立的“太空基地”，它的工作运行时间很长，需要持续不断的运行动力做保障。其中，大型燃料贮箱膜盒就是为空间站工作提供动力的空间推进系统中的关键部件。

　　大型液体燃料贮箱是载人航天二期工程的五大关键技术之一，而膜盒是该贮箱的核心部件。此前我国的运载火箭都有类似技术，但不论是固体的燃料、还是液体的燃料，燃料贮箱膜盒都是一次性的。而“天宫一号”的贮箱膜盒实现了可反复加注、重复使用的目标，这项技术的突破和掌握，使只能在一定时间内运行的飞船变为长期在太空运行的“工作站”。也就是说，当空间站贮箱膜盒的燃料排放到一定程度需要补充时，由地面发射货运飞船，将燃料带入太空，在与空间站对接后，实施膜盒燃料的加注，如此反复，达到空间站长期在太空运行的目的。当然，燃料的排放极其缓慢，一次加注后，它能使用很长时间。

　　“贮箱膜盒的外表结构像手风琴的风箱，只不过手风琴风箱是长方形连接，而贮箱膜盒是圆形膜片连接。”研制专家介绍，确保持续的动力需要反复加注的燃料和重复使用的膜盒，因此，燃料装在膜盒里，膜盒要具备伸缩功能才能满足要求，也就是说，膜盒的容积要随燃料的排放和加注而压缩变小、伸展变大。

　　太空家园的能工巧匠

　　为航天员打造舒适生活的樊贺斌

　　据新华社电 18日，3名航天员入住太空中的“新家”。他们全新的太空生活让樊贺斌格外挂念。

　　樊贺斌是中国航天科工集团公司四院红峰公司副总设计师，多个载人航天医监医保、环控生保产品的技术负责人和行政副总指挥。在神舟九号和天宫一号上，有她负责牵头研制的多个产品，包括“太空厨房”“太空空调”“太空医院”等。

　　迷你“太空厨房”是一种食品加热装置。航天员将分装好的米饭和菜放入一个长、宽、高均不足30厘米，重量仅仅4.4千克的容器内，轻轻按下电源开关，再耐心地等上30分钟，一份香喷喷的餐点便冒着热气新鲜出炉。

　　这套装置其实从神五就开始装备，但基本上没怎么用过。“之前飞船上的电源非常宝贵，我后来听说，杨利伟乘坐神五时，舍不得用电源，就只用了一次，热了15分钟，米饭没有热透。”樊贺斌说，“这次神九上天，有更加合适的配电方式，航天员不仅能吃上热菜、热饭，而且食物更多样，吃得更可口。”

　　“虽然在地面做了很多试验，但毕竟他们要在天上呆这么长时间。所以这几天我最操心的事，还是他们热饭方不方便、满不满意。万一用得不方便，我就会觉得很愧疚。”樊贺斌说。

　　此次飞天，天宫和飞船上都安装“太空空调”气体流量调节装置，设置了微风、大风、强风等档位，航天员可以根据个人习惯以及环境变化，手动调解适合的风速。

　　但这样一个装置却曾经让樊贺斌感到很挫败。天宫一号进发射场前，樊贺斌一天深夜突然接到紧急电话，公司为“天宫”协作配套的装置在热实验中液路截止阀泄漏！液路截止阀曾经在神舟五号、六号、七号飞船上都成功使用过，然而与天宫一号配套，运行环境发生变化，对产品的考核条件更加苛刻。

　　“当时我们3个搞技术的人全傻了，时间那么紧张，马上要重新拿出方案，怎么办？”樊贺斌告诉记者，到现在都能清楚地回忆起那天夜里做了什么，航天讲究质量归零，把大量工作推倒重做，对操作力、多余物等多项指标进行检测。

　　一夜的实验验证后，她和三个同事洗一把脸，马不停蹄地到北京做更严格的试验。然而结果又不合格！接着，她主动与用户沟通，与专家探讨，与设计师分析，等到产品合格，已经是第四天的早晨六点钟。

　　“当时我压力很大，真是连轴转，但更多是不停地反思、改进产品。”樊贺斌说，由于前期的负荷太紧张，过后一个星期，她感觉自己一直处于亢奋状态，每天觉也少，习惯性往办公室跑。

　　“虽然"质量归零"很痛苦，但我从失败中学到很多，我还是很感激这个过程。”如今，她回忆起往事很淡定。

　　虽然为航天员打造了众多舒适的产品，但由于她所从事的是分系统配套工作，即便身为总师，也不一定有机会去发射一线亲自看到自己的杰作。在电视直播上，当看到航天员身着航天服膝盖上方的小盒子时，她忍不住惊喜地向同事说：“这是我们的产品！”

　　这个小盒子是生理信号测试仪，可以适时测到航天员的心电、呼吸、体温等信号，并立即传回飞控中心，方便医护人员及时处理给出建议，是航天员健康的“守护神”。“还有神经肌肉刺激仪，长时间失重状态下肌肉会出现萎缩，这个可以作为理疗设备，供航天员按摩用。”她边说边向记者展示一些样品。

　　此次任务，航天员还需要完成一些实验，通过医监生化检测装置，检测尿液中某项生化指标的变化，从而分析航天员的情绪变化趋势。这项装置在临发射前才测试完，并随航天员一起上了神九，这也是我国载人航天首次开展的相关试验。

　　樊贺斌告诉记者，为了这个装置，她和团队曾大量学习医学、生化等相关学科，攻克了大量难关。在陌生领域探索，“每次当我们接近放弃的时候，我总觉得还有希望，就这么坚持下来，才有了这次创新，这次上天要好好检验它。” (来源：北京日报)