又是金秋十月,神舟飞船再次承载着中国宇航员翱翔太空。神舟六号载人飞船首次实现了“多人多天”及有人参与太空实验的航天飞行,从而向航天工程下个战略目标——研制和发射空间实验室迈出关键一步。神舟六号载人飞船,再一次证明了中国人在不可替代的核心技术领域的创造实力,也再一次验证了在高新技术领域坚持自主创新的必需性与正确性。从神一到神六,航天科技跨越式发展且带动民用科技飞速发展,更为新世纪科技创新提供宝贵经验。
资料1:
神舟六次叩访太空
1999年11月20日,神舟号试验飞船在酒泉卫星发射中心发射成功;21日,飞船返回舱安全、准确地在内蒙古中部预定区域着陆。至此,中国成为继前苏联、美国之后世界上第三个成功研制载人航天器的国家。由于这次飞行试验,主要是为了考核整个载人航天工程总体设计方案的可行性,特别是飞船系统的船段分离技术、调姿制动技术、升力控制技术、防热技术、回收着陆技术等5大关键技术的可靠性,因此,飞船采用了最小的配置,仅上了与飞船返回紧密相关的8个分系统,飞船的轨道船也没有进行留轨试验。
2001年1月10日,神舟二号飞船发射成功。作为我国第一艘按载人飞行要求而采用全系统配置的正样无人飞船,其在完善了第一艘神舟号飞船在舱内温控、系统配合等方面存在的不足基础上,重点考核了环境控制与生命保障、应急救生两个分系统的功能,进一步检验了飞船系统与其他系统的协调性。同时,轨道船进行了长达半年之久的留轨试验。
2002年3月25日发射成功、4月1日安全返回的神舟三号飞船,进一步优化改进了许多分系统的性能,尤其是在确保航天员安全措施方面得到了较大完善。
2002年12月30日发射成功、2003年元月5日成功返回的神舟四号飞船,在充分继承前三艘无人飞船成熟技术的基础上,进一步提高了飞船的可靠性和安全性。神舟四号飞船完善了应急救生系统功能,增加了航天员手动控制系统,增强了整船偏航机动能力。同时,设计人员还改善了舱内载人环境,充分考虑了航天员座椅使用、出舱进船、操作是否方便舒适等因素,为航天员创造出了一个美观舒适的“太空卧室”。为了验证飞船的各项性能,2002年,正在训练中的航天员还在神舟四号飞船上进行了为期一周的适应性测试。经过航天员与飞船的人船联合测试、工效学评价试验考核,航天员普遍对飞船的操作设计和工作环境反映良好。
2003年10月15日,神舟五号飞船进行了首次载人航天飞行。中国第一名航天员杨利伟在遨游太空21小时后,于16日成功返回预定着陆点。在神舟四号的基础上,技术人员对神舟五号航天员乘坐的座椅的安全性和舒适性作了进一步的改进和完善,并且按照乘坐1名航天员的要求做了修改。神舟五号飞船是自动化程度非常高的载人飞船,飞船上配备了多种安全飞行模式。在正常情况下飞船是完全自动飞行的,当出现故障时,可以选择自动、航天员手控或由地面通过遥控等飞行模式。
2005年10月12日,神舟六号飞船升空,首次实现了两人多天太空飞行。以神舟五号为基础,神舟六号在主要技术特点保持原状,仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,整船外形和结构与原来相同,重量基本保持在8吨左右。为适应两人多天的飞行任务,飞船研制者对船上环境控制和生命保障系统、应急救生系统等进行了严格的监测,进行了110多项技术改进,包括改进了座椅的着陆缓冲功能等。神舟六号执行飞行任务期间,航天员首次进入轨道舱工作、生活,进行科学实验的操作。
资料2:
破解天外妙语
驻陕某基地测控技术部总体室纪事
完整 与神舟五号相比,神舟六号飞船科技含量更高,技术要求也更为严格。驻陕某基地测控技术部总体室的科技人员,逐一破解了飞船运行轨道控制策略、升力式返回控制等关键测控技术,圆满完成了测控通信和着陆场两大系统总体方案设计任务,成为巧妙破解太空“数据语言”的人。
神舟六号载人航天飞行中,飞船轨道调整控制难度相当大。在确保航天员生理不受影响的前提下,该室通过反复论证和仿真检验,设计出最佳点火方案,最大限度地减少了飞船燃料消耗。
飞船返回舱落点预报是整个测控过程中的重中之重。为提高基地返回舱落点预报精度,在测控总体方案中,该室高级工程师李远平科学改进飞船返回控制参数计算方法,设计出返回舱落点预报选优及多种应急方案,为飞船的精确返回提供了可靠技术依据。
随着我国在轨运行卫星数量的增加,要同时完成卫星在轨管理和飞船实时测控任务,航天测控网面临巨大压力。该室科技人员通过建立数学模型,仔细研究高密度任务对测控资源的需求,成功研制开发出“陆基测控网多任务管理中心”,科学统筹分配用网时间,满足了神舟系列飞船的用网需求。
科技人员按照卫星、飞船高低轨道不同带来的过境差异,并结合在轨长期卫星和实时测控卫星、飞船用网冲突分析,进一步优化了测控资源分配策略,实现了航天测控网“管理多设备、支持多任务、约束多控制者”的功能,进一步提高了航天测控网资源的使用效率和服务质量。
为提供更为准确可靠的测控支持,科技人员按照国际标准开发出国际联网系统,完成了海上测控站联网工作,并对任务中使用的一百多个轨道控制计算方案进行了严格推算验证,使国际联网系统满足了任务需求。
神舟六号载人航天飞行任务测控回收程序复杂,对着陆场系统提出了更高的技术要求。科技人员一头扎进机房,钻进资料与数据的海洋中,加班加点消化吸收几十万字的技术文件,赶在任务演练之前制定出了完备的着陆场系统搜索救援总体实施方案。(本刊特约记者 苏阔)
资料3:
高技术含量的航天服
太空接近真空的压力环境、极端的温度环境、缺乏生命所需的氧气、空间陨尘、空间碎片和空间辐射的威胁等等,需要特殊的服装为航天员在太空的生活和工作提供一个良好的防护和保障系统,航天服也成为载人航天的高科技产品之一。
航天员的航天服按用途和功能分舱内应急救生使用和出舱活动使用,因此可分为舱内航天服和舱外航天服两类。
此次神舟六号的航天员主要使用舱内航天服。当飞船座舱发生泄漏、压力骤降时,航天员及时穿上舱内航天服,接通舱内与之配套的供氧、供气系统,服装内就会立即充压供气,并能提供一定的温度保障和通信功能,保证航天员在飞船发生故障时能够安全返回。航天员一般是在飞船发射上升、变轨和返回再入时穿上舱内航天服,防止飞船在上升、变轨或返回阶段发生压力应急故障。我国神舟五号、神舟六号飞船在正常的轨道运行中,航天员是不用穿舱内航天服的,这时他们只穿着特别设计的、方便舒适且美观大方的舱内工作服。
目前,我国自行研制的舱内航天服主要由三部分组成:一是限制层,它是由耐高温、抗磨损材料制成的,用来保护服装内层结构,并由特殊设计的力约束结构使航天服按预定形态膨胀,保证航天员穿着舒适合体并且活动方便;二是气密层,这部分用涂有丁基、丁腈或氯丁橡胶的锦纶织物制成,有良好的气密性,防止服装加压后气体泄漏;三是散温层,这部分与内衣裤连接在一起,有许多管道,采用抽风或通风,气流由头部送入,然后向四肢躯干流动,经肢体排风口汇集到总出口排出,带走人体代谢产生的热量,保持航天员身体舒适。航天员所穿的内衣,一般选用无刺激、吸湿性好的国内纯棉或棉亚麻针织品。
航天头盔、航天手套和靴子也是舱内航天服重要的组成部分。航天服头盔的盔壳由聚碳酸酯制成,它不仅能隔音、隔热和防碰撞,而且还具有减震好、重量轻的性能,头盔面窗可以为航天员提供良好的视野,以便看到飞船内外的景象。面窗一般选用透光率高的材料制成,有较好的抗冲击性,而且为防止航天员呼吸造成水气凝结以及低温环境下航天员头盔面窗上结雾、结霜,航天服专家为其设计了特殊的吹袭气流或防雾涂层。与航天服相配的手套,在充气加压后,仍具有良好的活动功能和保暖性能。
此外,在航天服上还配有废物处理装置和生理数据测量装置。废物处理装置就是用于收集尿的高性能吸收材料,安置在航天服内衣里;生理数据测量装置则是通过贴在航天员身上的电极测量航天员的心电、呼吸、血压等生理信号并传递相关数据到地面飞行控制中心,供地面医监医生观察分析航天员的身体情况。舱内航天服一般重10公斤左右,加工制作十分复杂,环境要求十分严格,有上千道工序,因此,它的造价十分昂贵,生产一套舱内航天服约需数百万元人民币。
由此可见,航天员所穿的航天服已远非一般意义上的服装系统,它涉及到机械、纺织、化工、热、电和测控通信、人机工效等诸多领域,具有很高的技术密集度,是我国航天科技人员集体智慧的结晶。
(本刊特约记者 苏阔)
资料4:
高科技产品打造航天员安全屏障
为了能让遨游太空的航天员在舒适的环境中工作、生活,环控生保系统的工程技术人员,开发出许多高科技产品,在飞船舱内为航天员打造了一道坚固的安全屏障。
氧气对航天员的生存至关重要,可要把氧气带上太空必须要用特殊的容器才行,这种容器不仅要符合重量轻、体积小的要求,而且要绝对保证安全耐用。因此科研人员为航天员配备了供应急使用的小氧气瓶这种产品不仅重量轻,壁很薄安全性还很高。除了在应急情况下使用的小氧气瓶,在飞船推进舱中还装有6个同样工艺制造的大型氧气瓶,在飞船正常飞行时它们能为航天员提供充足的氧气。别看它们模样一般,可技术含量高,工艺复杂,几代科研人员艰苦攻关,用了二十多年才研制成功。
在飞船的环境控制和生命保障系统中,每一个组件都事关航天员安危,其中一种叫做传感器的部件尤其关键。整个环境控制和生命保障系统共有10多个品种,一百多个传感器,大的如手掌般大小,小的如拇指一般,虽然体积不大,可技术要求却十分苛刻。尤其是软件编写,每改动一个语句,地面科研人员都要进行各种各样的测试和论证,而且每个传感器装上飞船之前必须反复进行适应太空特殊环境的实验。此外,为了实现对飞船舱内环境的自动控制,科研人员还专门设计了一套先进的控制系统,可以对飞船上所有的环控产品进行自动管理和控制。(本刊特约记者 苏阔)