神舟十一號飛船能成功返航原來全是因為這個
終于,在太空生活工作了30天的航天員景海鵬、陳冬安全返回了祖國母親的懷抱。11月18日,乘著紅白相間的巨大傘衣,神舟十一號載人飛船返回艙在四子王旗草原上安全著陸,這是神舟飛船回收著陸系統(tǒng)的第11次出發(fā),創(chuàng)下回收系統(tǒng)最長在軌紀(jì)錄后,安全返回。
正如公眾從電視畫面里看到的那樣,神舟十一號返回時,引導(dǎo)傘、減速傘、主傘相繼打開,著陸反推發(fā)動機點火工作,返回艙著陸。這些動作只有一個目的,即讓飛船返回艙溫柔地?fù)砣氲厍蚰赣H懷抱,減輕著陸沖擊對航天員健康以及航天器的損害。
這并不容易,回收著陸是載人航天活動的最后步驟,也是決定航天員能否安全回家的最后一棒。中國青年報·中青在線記者采訪相關(guān)專家,揭秘護(hù)航神舟十一號飛船安全返回的三大利器。
發(fā)現(xiàn):一雙“注視”飛船的眼睛
隨著神舟十一號在四子王旗預(yù)定區(qū)域順利著陸,LM-313雷達(dá)(代號“回收一號”)的回收跟蹤測量任務(wù)也宣告結(jié)束。
“回收一號”雷達(dá)用于飛船返回段測量,從載人飛船突破大氣層奔向地面的那刻起,“回收一號”就密切“注視”著它,搜索返回路徑,捕捉目標(biāo),告訴地面等待的人們,神舟十一號回家了。
這部由航天科工集團(tuán)二院23所研制的雷達(dá),是我國第一部精密跟蹤相控陣測量雷達(dá)。早在1999年8月,它就被布置在白云鄂博場區(qū)前置雷達(dá)站,同年11月21日,完成了對“神舟一號”的回收段跟蹤測量任務(wù)。
至今,“回收一號”已連續(xù)11次執(zhí)行“神舟”飛船回收任務(wù)和“和平號”空間站返回測量任務(wù),均圓滿完成任務(wù)。它還接過“嫦娥”回家,在載人航天工程中,可謂是個“老司機”。
“回收一號”的項目總師向記者透露,尤其是在執(zhí)行神舟二號任務(wù)時,在主著陸場只有“回收一號”跟蹤飛船返回的情況下,正是靠它的數(shù)據(jù)找到飛船,立下了大功。
11月18日中午,神舟十一號載人飛船的著陸回收任務(wù)開始了,“回收一號”靜靜地立在回收場里,目光如炬。
當(dāng)返回器距地面一定公里時,雷達(dá)屏幕上開始出現(xiàn)捕獲范圍內(nèi)的第一點。“回收一號”的項目總師說,隨著指控大廳工作人員報出“回收一號”發(fā)現(xiàn)目標(biāo),所有人為之振奮。此后的時間,回波捕獲持續(xù)、穩(wěn)定,直到神舟飛船安全著陸。
連接:讓返回艙自由地飛向著陸場
在神舟十一號飛船上,有一個被稱作“連接分離機構(gòu)”的零件,從外面幾乎看不到,它小得如茶杯大小,隱匿于各個艙段之間,是一個不折不扣的幕后英雄。
連接分離機構(gòu),說白了就是3把鎖,在軌道艙和返回艙之間的,是一號鎖,主要是航天員順利返回地球的第一道安全保障。在返回艙和推進(jìn)艙之間的,是二號鎖,用來保證返回艙進(jìn)入大氣層后在預(yù)定時間預(yù)定地點著陸的首要設(shè)備。而在飛船著陸前,則輪到拋底鎖上場,拋底鎖的動作,關(guān)系到防熱大底能否按時拋掉,是返回時保障航天員生命安全的重要程序。
也因此,連接分離機構(gòu)被形象地比作神舟飛船的臂膀,可以有力地連接起了飛船的三艙,同時又按照飛船工作的階段性要求,毫秒不差地將各個艙段分開。
這一系統(tǒng)由航天科工集團(tuán)三院111廠研制,別看就這3道“鎖”,做起來卻并不容易。
要知道,在火箭上升時,這3把“鎖”要承受重達(dá)數(shù)噸的載荷,保證艙間緊密連接。用航天科工集團(tuán)三院111廠連接分離機構(gòu)項目負(fù)責(zé)人的話說,飛船在飛行過程中并不能保證一帆風(fēng)順,有時可能會遇到空中的橫向氣流,會受到轉(zhuǎn)彎彎矩的影響,這就必須保證在發(fā)射和運行段,實現(xiàn)絕對剛性連接,克服各種各樣的外力,不允許出現(xiàn)任何松動,否則會產(chǎn)生飛船空中解體或地面解體的后果。
接下來是對接時的考驗,當(dāng)飛船臨近“天宮二號”以及實施交會對接過程中,連接更需要保證牢固,不受外力影響。當(dāng)交會對接完成,飛船準(zhǔn)備返回時,一號鎖就要準(zhǔn)確地打開,推掉軌道艙,讓推進(jìn)艙和返回艙組合體踏上回家之路。
當(dāng)推進(jìn)艙助推返回艙重返大氣層內(nèi),在預(yù)定時間抵達(dá)預(yù)定軌跡時,二號鎖就要毫不猶豫地打開,推掉推進(jìn)艙,讓返回艙自由地飛向著陸場。
最后的時刻來了。當(dāng)返回艙接近著陸場時,艙底端用于防御吸收大氣層摩擦熱量的防熱大底已結(jié)束使命,由拋底鎖執(zhí)行拋底任務(wù)。111廠的項目負(fù)責(zé)人表示,將大底拋掉,里面疊放的降落傘才能順利打開,進(jìn)而帶著返回艙安全返回地面。
剎車:最后關(guān)頭的高度判斷
在神舟十一號載人飛船減速降落的最后一刻,一片耀眼的光焰,閃現(xiàn)在電視畫面中。很多人會為此心頭一緊:“這么大的沖擊力,都冒火光了?”
事實上,這道“光”正是安全的信號,是神舟十一號返回艙反推發(fā)動機啟動的標(biāo)志。在飛船著陸前的最后關(guān)頭,由航天科工集團(tuán)三院35所研制的γ高度控制裝置,探測出返回艙距地面的高度,啟動反推發(fā)動機,“緊急剎車”,將下降速度減小到安全速度。
經(jīng)過與空氣的“軟”摩擦之后,神舟飛船返回艙進(jìn)入著陸緩沖環(huán)節(jié),原本,這最后一步是硬碰硬的撞擊,但γ高度控制裝置的負(fù)責(zé)人王征告訴記者,該裝置能夠讓飛船在著陸瞬間,判斷飛船的高度,從而實施“剎車”,具體來看其過程——
在返回艙降至離地面約幾千米高度時,主傘打開,γ高度控制裝置開始加電工作。
在距離地面數(shù)米高度時,γ高度控制裝置給出預(yù)指令信號,提示航天員即將著陸。
在返回艙接近地面時,γ高度控制裝置給出點火指令,控制反推發(fā)動機點火,至此,該裝置的使命完成了。
γ高度控制裝置,被稱作神舟飛船飛行任務(wù)的最后環(huán)節(jié),是飛船的關(guān)鍵設(shè)備。然而,在神舟八號任務(wù)之前,我國在這方面一直是使用國外產(chǎn)品。
那時,國內(nèi)采用γ放射源實現(xiàn)高度控制缺少相關(guān)研究。航天科工集團(tuán)三院35所項目組在成立之初,只有行政指揮加3個老師傅和兩個年輕人,算得上是該所規(guī)模最小的隊伍。
時任所長助理的劉波,擔(dān)任了γ高度控制裝置項目行政指揮,他說,當(dāng)時的情況不比現(xiàn)在,誰也不知道我們的產(chǎn)品最后能不能上飛船,可謂“前路不明”。
日復(fù)一日的等待與付出終于得到了回應(yīng),35所γ高度控制裝置在綜合空投試驗中,用成績證明了自己,終于成為神舟七號備份產(chǎn)品。那一年,王征成了γ高度控制裝置的主任設(shè)計師,即該項目第三代主任設(shè)計師。
2011年11月,國產(chǎn)的γ高度控制裝置成功應(yīng)用于神舟飛船。王征認(rèn)為自己是幸運的,雖然有太多的難關(guān)要克服,但給予自己施展抱負(fù)的機會和支持,讓自己懂得了國家的航天事業(yè)是如何鑄就的,懂得了什么是“國家利益高于一切”,更懂得了什么是傳承。
如今這次任務(wù),是這個國產(chǎn)的γ高度控制裝置第4次參加神舟飛船航天飛行,正是這件小部件,為航天員點亮回家最后的這段路。航天人經(jīng)歷了10余年的艱難拼搏,經(jīng)歷過不斷的跌倒、質(zhì)疑、又爬起來前行的歷煉,“把國產(chǎn)的裝置送上天”的夢終于圓了。