神舟飞船再上天 如何做到6个月“超长待机”
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神舟飞船再上天 如何做到6个月“超长待机”

2021年10月16日 01:11:04
来源:澎湃新闻

10月16日,长征二号F运载火箭托举神舟十三号载人飞船从酒泉卫星发射中心点火升空,发射任务取得圆满成功。

神舟十三号在入轨后,将采取自主快速交会对接的方式把三名航天员送入空间站天和核心舱,开展长达6个月的太空生活。

研制中的神舟十三号飞船。图片来源:航天五院提供

取得应急救援资格“证书”

神舟系列载人飞船均由航天科技集团五院抓总研制,由轨道舱、返回舱和推进舱构成,共有14个分系统,是迄今为止我国研制的标准最高、指标最严格的载人航天器。

五院总体设计部飞船型号系统总体副主任设计师高旭将神舟载人飞船形象地比喻为航天员实现天地往返的“生命之舟”。神舟十三号作为空间站任务的第二艘载人飞船,将再次搭乘3名航天员进驻太空,继续完成空间站关键技术验证及建造任务。

“载人航天,人命关天”,这是五院神舟团队心中至高无上的信条。为了保护航天员生命,五院开创了天地结合的应急救援任务模式,即每次有两艘飞船进场,由后一艘飞船作为突发情况的生命救援之舟,具备8.5天应急发射进行太空救援的能力。

根据“滚动待命”的工作策略,在神舟十二号成功发射后,五院研制团队披星戴月持续攻关,在规定时间,按照规定流程,完成了神舟十三号载人飞船全部待命工作,取得了应急救援的资格“证书”。

神舟系列载人飞船均由航天科技集团五院抓总研制,由轨道舱、返回舱和推进舱构成。

首次进行径向交会对接有三大难

为适应空间站组合体不同构型及来访航天器不同停靠状态,实现与空间站前向、后向、径向交会对接和分离,神舟团队设计了新的交会路径和绕飞模式,增加了绕飞、快速交会对接、径向交会对接各项功能。神舟十二号在返回前,完成了与空间站进行径向交会的验证工作,此次神舟十三号将首次与天和核心舱、天舟二号、天舟三号组成的“一字构型”组合体完成径向交会对接,是对我国航天器交会对接能力的又一次完美展示。

此次神舟十三号飞船径向对接就是在下方对接口与空间站进行交会并对接。虽然只是方向变了90度,但是对接的难度却大了不少。

澎湃新闻(www.thepaper.cn)从五院获悉,为确保首次径向交会对接任务万无一失,五院502所研制团队针对径向交会进行了数年的技术攻关和大量地面实验,并在神舟十二号载人飞船返回地球前开展了与空间站的绕飞及径向交会试验,为神舟十三号正式实施径向交会验证了关键技术。

神舟十三号将与核心舱首次进行径向交会对接。

径向交会对接有“三个难”,这也让此次“太空华尔兹”更加美妙绝伦,扣人心弦。

一是持续控制姿态和轨道“难”。对于前向、后向交会对接,其200米保持点是一个稳定的保持点,即使发动机不工作,飞船也能较长时间保持稳定的姿态和轨道。而径向交会没有稳定的中途停泊点,需要持续对飞船的姿态和轨道进行控制,推进剂消耗大,故障处置难。

二是姿态和相对位置确定“难”。神舟载人飞船配有敏感器,它就如同飞船的眼睛,通过观察星星和预设的标志点等来确定自己的飞行姿态、与空间站的相对姿态相对位置等。但由于径向交会过程中,飞船需由平飞转竖飞等大范围的姿态机动,所以对“眼睛”能看到目标和保证“眼睛”不会被复杂光照变化所干扰提出了更高要求。

三是航天员手控交会模式“难”。径向交会对接过程中基本失去了地球这个最熟悉的参照基准,测控条件变差,且相对动力学运动特性与前向交会不同,这给手控交会模式下航天员的操作增加了难度。

据悉,此次径向交会对接整个过程将在制导导航与控制(GNC)系统指挥下,飞船智能自主完成的。径向交会和前向交会都是中国空间站载人飞船正常的交会方式,会在未来空间站载人交会对接任务中交替使用。

神舟十三号将执行180天组合体长期驻留任务。

开展6个月超长“待机”

神舟十三号载人飞船与空间站天和核心舱完成径向交会对接之后,停靠时间将由神舟十二号的3个月延长到6个月,执行180天组合体长期驻留任务,这将是我国迄今为止时间最长的一次载人飞行,将首次考核并验证空间站任务航天员长期在轨驻留能力。

为适应空间站复杂构型和姿态带来的复杂外热流条件,满足超长“待机”的要求,五院神舟团队对返回舱、推进发动机和贮箱等热控方案、船站并网供电方案进行了专项设计,使飞船具备了供电、热环境保障的适应性配套条件。此外,先期到达的天舟三号携带了可供长期驻留使用的生活物资,为航天员提供充足“后勤保障”。在后续驻留过程中,航天员将进一步开展空间站组合体管理、再生生保试验、在轨维修等技术验证和应用。

在神舟十三号成功发射的同时,五院抓总研制的神舟十四号已经完成发射前的全部工作,进入应急发射待命状态。五院神舟团队在六个月里经受住了三船工作并行开展的艰巨考验。五院神舟载人飞船系统总指挥何宇对于自己的团队很是自豪:“以国为重,以事业为天,以队友为亲人,这就是神舟团队!”