2024年4月25日20时59分,神舟十八号载人飞船在长征二号F运载火箭的托举下,搭乘着三名航天员,从酒泉卫星发射中心点火升空,直赴九霄。此次任务中,长征二号F运载火箭和神舟十八号载人飞 船均由航天科技集团研制。 神舟十八号载人飞船是中国载人航天工程进入空间站 应用与发展阶段的第三艘载人飞船,此次任务也是2024年首发载人飞行任务、我国第13次载人航天飞行任务。神舟系列载人飞船是航天员实现天地往返的“生命之舟”,神舟飞船由轨道舱、返回舱和推进舱构成,共有14个分系统,是我国可靠性、安全性要求最严格的航天器。
径向对接再次上演
神舟十八号载人飞船顺利入轨后,将与空间站核心舱实 施径向交会对接,再之后,3 名航天员进驻空间站核心舱,6名航天员将实现“太空会师”。径向对接是此次任务中的关键一环。相比于大家比较了解的前向和后向交会对接任务, 径向交会对接更像是一部高难度动作大片。
空间站百吨级组合体对飞船测量敏感器的遮挡,以及空间站组合体发动机工作时羽流间的相互影响,都对径向对接带来巨大的挑战。为了消除这些影响带来的风险,对接机构
通过研制产品化、流程标准化,把每一发对接机构的192个传感器,18个执行机构,260多个弹簧的性能参数偏差控制在最小,通过地面标准流程31次捕获缓冲试验,验证了对接机构具备在31种复杂工况下的捕获缓冲能力。
神舟十八号载人飞船是空间站应用与发展阶段第二艘实施径向对接的载人飞船。在此之前,2023年5月30日,中国空间站应用与发展阶段首艘载人飞船神舟十六号就与中国空间站成功实现了径向对接。神舟十八号载人飞行任务再次实施径向对接,也标志着我国自主研发的空间交会对接 GNC(制导导航与控制)技术进一步成熟。在此次径向交会对接任务中,神舟十八号载人飞船依然采用了6.5小时自主快速交会对接模式。
GNC系统是神舟飞船的核心分系统,被研制人员亲切地称为“神舟舵手”。这个名字的得来,源于该系统负责了飞船从发射时与火箭分离开始,到与空间站的交会对接,再到 飞船从空间站的撤离和返回地球的全过程控制,同时还负责独立飞行过程中的姿态与轨道控制、太阳翼帆板控制等。因此尽管径向交会对接难度较大,飞船在“久经沙场”的 GNC系统的自主操控下,研制团队克服组合体的大质量、大尺寸以及复杂的羽流影响,依然能够圆满完成交会对接全过程,再次上演“太空会师”名场面。
电源系统新升级 运输能力更给力
在神舟飞船上,电源至关重要。整船在轨飞行提供电能的主电源、关键阶段可确保航天员安全的应急电源、为返回舱提供电能的返回着陆电源、为轨道舱和返回舱提供火工控
制能源的火工品电源等,这些堪称飞船的“心脏”。相较于神舟十六号和神舟十七号载人飞船,神舟十八号的电池容量更大、系统可靠性更高,将更好地支持载人飞行任务。
在神舟十八号载人飞船上,主电源储能电池由镉镍电池更改为锂离子电池,电池扩容达30%。新成员锂离子蓄电池,并不是履历空白的“新兵”,此前已成功在空间站、货运飞 船等航天器上应用,安全性可靠性得到了广泛的验证,比能量更高、循环寿命更长、高倍率充电更佳,且为整船减重了50公斤左右。
牵一发而动全身,电源全新升级也给推进舱总装带来不小的影响。神舟飞船的推进舱内除了安装有40台大大小小的发动机外,还安装了电源分系统和其他用于天地通信、姿 轨控制、温度控制、环境控制等多个关键系统的重要设备。为了适应各分系统的变化,研制团队将推进舱仪器盘上的设备重新布局,让电源设备在推进舱内工作可靠、稳定运行。
通常来说,飞船入轨后,太阳电池翼的在轨可靠展开是确保实现能源供给的关键动作,为了保证太阳电池翼在轨可靠展开,研制团队从产品研制阶段开始,就利用数字化手段,将关键产品重要指标的实测数据方差控制在千分之一内,再利用地面部组件测试结果,综合计算出飞船在轨展开的所需时间。经多发载人飞船的飞行验证,太阳电池翼在轨可实现8秒左右的快速稳定展开并锁定,证明了太阳电池翼的“超长待机”能力,有效验证了“应急待命”状态下的产品寿命与环境适应性。
升级版“太空天路” “感觉良好”持续在线
飞船怎么和地面保持联络?神舟飞船上的测控和通信信号是通过中继终端与中继卫星配合来完成的。在神舟十八号载人飞行任务中,飞船继续通过中继终端以及为中继卫星研制的有效载荷搭建“太空天路”,实现了飞船与地面通信的畅通无阻,确保了地面测试人员实时掌握飞船的飞行状态。
此次飞船上采用了具备三大优势的升级版中继终端,这些产品均按目前最新技术要求进行了优化升级,以更好更优的功能,为中国空间站稳定高效的运行贡献力量。据航天科
技集团研制人员介绍,在目前的中国空间站任务中,我国空间站六舱(船)均配备了中继终端,它们与中继卫星紧密配合、高效协作,让“感觉良好”持续在线。
在本次任务中,隶属于仪表与照明分系统的仪表控制器应用软件依然发挥着智慧随身“秘书”的重要作用。神舟十八号载人飞船上所有分系统的参数内容都要通过数管分系 统转发到飞船仪表上来显示,而要想将复杂的参数变成航天员可以掌握的直观数值,仪表控制器应用软件功不可没。
当飞船各分系统开始运行时,产生的数据会汇集到数管分系统,由航天员的随身能“秘书”对数据进行汇总,转换为航天员可以直观识别和操作的内容,并在仪表上显示出来。这样,航天员通过飞船上的仪表就可以直观地了解与飞船有关的所有参数,时刻掌握飞船各个部分的运行状态。仪表控制器应用软件这个为航天员的随身智能“秘书”,是与航天员直接实现交互的重要系统。
据航天科技集团神舟十八号载人飞船仪表控制器应用 软件设计师介绍,使用这一独特的图形显示技术,不仅能得到新颖的仪表控制器显示效果,而且实现了空间智能化仪表 中的图形、文字的处理与显示,为航天员执行任务提供了清晰、直观、舒适的显示界面。
加工技术“再上新” 智能制造“显身手”
为保证一次次载人飞行任务圆满完成,航天科技集团神舟飞船研制团队不断升级制造技术,优化科研生产模式,保障飞船舱体按期高质量交付。
我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段,神舟飞船的发射任务增加到了1年2艘,密封舱体结构的研制任务大幅增长。为获得更高的研制效率和更优的产品质量,神舟 飞船研制团队针对神舟飞船返回舱制造过程中占用产线、设备周期最长的整舱装配加工任务,开发了基于三维投影技术的密封舱大底加工位置诱导技术,实现了返回舱大底虚实结合的数字化建模与加工模拟,解决了返回舱大底在遮挡、变形下蒙皮加工难度大、加工周期长的难题。该方法颠覆了传统工作模式,实现了返回舱大底制造效率和质量的双跨越提升。经验证,新技术较传统方法,加工效率提高5倍,加工精度提高7倍。
在焊接车间生产现场上,神舟飞船研制团队忙碌的身影穿梭在各个厂房之间,同样忙碌的还有一个橙色的大家伙,它手舞“刀枪剑戟”,围绕着神舟飞船舱体施展“十八般武
艺”,它就是——移动机器人。每一艘神舟飞船生产过程中涉及机加、焊接、成形等多个工序,为减少舱体在不同车间的往返转运次数,研制团队通过引入先进的自动化技术,采用移动机器人加工单元原位作业的模式,实现从壁板零部件到整舱环焊原位加工,使飞船生产过程中的机加切边过程自主完成,缩短转运及等待时间,提高了飞船的生产效率和智能制造水平,实现了“流水的机床,铁打的工件”。
在多年的研制过程中,神舟飞船团队不断优化生产模式,摸索出了一套适合于组批投产的工作方式,在生产策划阶段做足准备工作,提前抓舱体配套,利用智能软件合理排 产,打破以往的单线作战,提前梳理飞船的整体计划,精细化排产,使一些焊接、机加、装配工作形成一个微型的流水线模式,提高了生产效率。由于神舟飞船焊接过程中的温湿 度控制对焊接质量十分重要,策划焊接周期通常会避开或局部改变夏天高湿度等不适宜焊接的自然条件,提前制定舱体焊接生产计划,避免舱体焊接资源冲突,制定了双舱并行的生产模式,确保了每年两艘神舟飞船的快节奏交付进度。
弘扬优良作风 彰显忠诚担当
党中央对载人航天事业的关心和重视,一直是激励神舟团队昂扬奋进的强大动力。纪律作风,从每一位同志加入神舟团队伊始,便内化于心、外化于日常工作习惯中。
作为一支“边行军 边打仗”的“载人铁军”,神舟团队始终牢记“加强纪律性,革命无不胜”的深刻意义,特别 注重把纪律作风挺在前面,强化规矩意识,按规章按流程确 保各项工作稳步推进。任务期间,面对每年发射2艘神舟载人飞船的高密度任务需求,神舟载人飞船系统采用组批研制 模式,以“一船发射、一船待命”进行滚动备份。
在发射场紧张工作的日子里,神舟团队需要并行完成神舟十八号载人飞船发射和神舟十九号载人飞船应急救援待命准备等工作。尽管研制、发射、飞控及回收实施四条战线 高度交叠,进度安排、质量控制、资源保障等诸多方面压力巨大,但是神舟团队顶住压力,始终坚持新发展理念,不断实施创新驱动发展战略,结合载人航天器任务特点,充分发 掘现有研试体系潜力,将技术创新和管理创新贯穿于整个空间站运行与发展工作中,不断推动载人航天器研制模式转型。
文/广州日报新花城记者:肖欢欢 通讯员:孙国慧
图/广州日报新花城记者:肖欢欢 通讯员:孙国慧
视频/广州日报新花城记者:肖欢欢 通讯员:孙国慧
广州日报·新花城编辑 程依伦