揭秘神舟十一號(hào)“黑科技”

10月17日凌晨，神舟十一號(hào)載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。這是我國(guó)組織實(shí)施的第6次載人航天飛行，也是改進(jìn)型神舟載人飛船和改進(jìn)型長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭組成的載人天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)第二次應(yīng)用性飛行。那么，神舟十一號(hào)作為改進(jìn)型的神舟載人飛船，究竟有哪些改進(jìn)之處？又有什么“黑科技”？

太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)首次中國(guó)造

細(xì)心的人可能會(huì)留意到，在每次載人飛行任務(wù)宣布成功時(shí)，都會(huì)提到這樣一句話：飛船準(zhǔn)確進(jìn)入軌道，太陽(yáng)帆板展開(kāi)正常，航天員狀態(tài)良好。

這其中的“太陽(yáng)帆板展開(kāi)正常”至關(guān)重要。它意味著，飛船能夠采用太陽(yáng)能供給能量，此后才能逐步啟動(dòng)有效載荷。

和此前神舟飛船所帶的太陽(yáng)能帆板不同，神舟十一號(hào)的太陽(yáng)能帆板是第一次采用國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)。

這一結(jié)構(gòu)由航天科技集團(tuán)公司五院508所研制。根據(jù)該所的說(shuō)法，此次，神舟十一號(hào)太陽(yáng)翼連接架百分之百?lài)?guó)產(chǎn)化，基板國(guó)產(chǎn)化率達(dá)93%，說(shuō)明該所復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)能力，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)復(fù)合材料產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率最高水平。

事實(shí)上，這家科研單位之所以能做出這一產(chǎn)品來(lái)，還是“被逼出來(lái)”的。

根據(jù)五院專(zhuān)家的說(shuō)法，神舟十一號(hào)飛船按照原來(lái)設(shè)計(jì)方案一直進(jìn)展順利，但到了2014年4月，這一方案遭遇了“進(jìn)口碳纖維等原材料受限”的問(wèn)題。怎么辦？換方案的可能性不大。研制人員下定決心，使用國(guó)產(chǎn)原材料把太陽(yáng)翼做出來(lái)。

根據(jù)五院專(zhuān)家的介紹，在研制過(guò)程中，五院508所圍繞國(guó)產(chǎn)碳纖維、鋁蜂窩的材料特性開(kāi)展了工藝技術(shù)攻關(guān)。針對(duì)國(guó)產(chǎn)碳纖維工藝性較差、易損傷的特點(diǎn)，研制人員確立了適用于國(guó)產(chǎn)碳纖維的一整套工藝方案，研制出的碳纖維零件的外觀質(zhì)量、外形尺寸、內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能等均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

針對(duì)國(guó)產(chǎn)鋁蜂窩芯外形尺寸較小的現(xiàn)況，研制人員則在短時(shí)間內(nèi)突破了大尺寸、高性能鋁蜂窩芯生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，快速實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)蜂窩芯在基板中的無(wú)拼接應(yīng)用。

不過(guò)，一個(gè)繞不開(kāi)的問(wèn)題是，隨著國(guó)產(chǎn)化材料的應(yīng)用，太陽(yáng)翼基板和連接架的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性發(fā)生了變化，在同樣的力學(xué)環(huán)境下，連接架局部的受力情況有所改變。對(duì)此，研制人員又針對(duì)結(jié)構(gòu)的變化改進(jìn)工藝方法，降低了產(chǎn)品的缺陷率和不合格品發(fā)生率。

如今，神舟十一號(hào)飛船的正常入軌、太陽(yáng)翼帆板順利展開(kāi)，也意味著國(guó)產(chǎn)太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)首次經(jīng)過(guò)了在軌驗(yàn)證。

太空也有App

在人們的電腦和手機(jī)中，一款好的軟件和App可能會(huì)極大地提高工作效率。神舟十一號(hào)飛船上也有這樣的App——一款由航天科技集團(tuán)公司五院西安分院研制的飛船上的儀表控制器應(yīng)用軟件。

這款A(yù)pp，不僅匯集了神舟十一號(hào)飛船14個(gè)分系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，而且能夠顯示與飛船和航天員相關(guān)的54幅頁(yè)面圖，還能夠?yàn)轱w船的自主應(yīng)急返回尋找最佳的落點(diǎn)。

根據(jù)五院專(zhuān)家的說(shuō)法，有了這樣一款智能的太空App，航天員就可以一目了然地掌握自己和神舟飛船的所有情況。

開(kāi)發(fā)這款A(yù)pp的西安分院研究員張赤萍，被稱(chēng)作“神鍵手”。據(jù)她介紹，在航天員所使用的儀表下方，有一排分別標(biāo)著姿態(tài)綜顯、地圖環(huán)控、計(jì)劃熱控、推進(jìn)等一系列的按鈕。航天員會(huì)根據(jù)飛行任務(wù)的需要選擇相應(yīng)的畫(huà)面來(lái)顯示。

在神舟十一號(hào)飛船上，共有14個(gè)分系統(tǒng)，當(dāng)飛船各個(gè)分系統(tǒng)開(kāi)始工作的時(shí)候，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)匯集到數(shù)管分系統(tǒng)。張赤萍說(shuō)，這時(shí)，太空App就開(kāi)始對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并轉(zhuǎn)換為航天員可以直觀識(shí)別和操作的內(nèi)容，最終在儀表上顯示出來(lái)。

至此，航天員就可以通過(guò)太空App時(shí)刻直觀地掌握飛船各個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

吳華軍是這款A(yù)pp的另一個(gè)“神鍵手”，他說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)更符合人機(jī)工效學(xué)原理，提高了航天員的工作效率，減輕了航天員的負(fù)擔(dān)。在未來(lái)的空間任務(wù)中，他們還將根據(jù)需要適當(dāng)開(kāi)發(fā)具有部分娛樂(lè)功能的界面，以便緩解航天員的精神壓力。

飛船“小門(mén)神”

在執(zhí)行這次神舟十一號(hào)、天宮二號(hào)任務(wù)過(guò)程中，航天員要在太空飛行30多天，其間要經(jīng)歷多次穿艙活動(dòng)，都需要打開(kāi)和關(guān)閉艙門(mén)；航天員在艙內(nèi)時(shí)，維持其正常生活的氣體不能泄漏，艙門(mén)是否密封良好具有決定性作用，因此精準(zhǔn)快速檢測(cè)艙門(mén)的密封性至關(guān)重要。

根據(jù)五院專(zhuān)家的說(shuō)法，早期的飛船采用整艙加壓，通過(guò)監(jiān)測(cè)艙壓的變化來(lái)檢測(cè)艙門(mén)的密封性。這種方法準(zhǔn)確、可靠，但耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)于早期無(wú)人飛船任務(wù)來(lái)說(shuō)影響不大。

但對(duì)載人飛船分秒必爭(zhēng)的航天員空間試驗(yàn)任務(wù)來(lái)說(shuō)，卻會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，因此迫切需要改進(jìn)檢測(cè)手段，縮短檢測(cè)時(shí)間。

艙門(mén)快速檢漏儀就是在這一背景下研制的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)艙門(mén)和對(duì)接面的快速、準(zhǔn)確檢漏，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。也因此，這個(gè)由航天科技集團(tuán)公司五院510所研發(fā)的設(shè)備，被稱(chēng)作飛船“小門(mén)神”。

五院的專(zhuān)家表示，“小門(mén)神”已成為載人航天飛行器的“標(biāo)配”設(shè)備。其原理很簡(jiǎn)單，當(dāng)艙門(mén)關(guān)閉后，門(mén)體上的兩道密封圈與門(mén)框之間會(huì)形成一個(gè)小空間，這時(shí)，“小門(mén)神”利用了艙門(mén)的特有結(jié)構(gòu)，向小空間內(nèi)充入一定量的檢測(cè)氣體，通過(guò)監(jiān)測(cè)小空間內(nèi)壓力的變化，來(lái)判斷艙門(mén)的密封情況。

如果發(fā)生泄漏，艙門(mén)快速檢漏儀會(huì)立刻發(fā)出報(bào)警指示。形象地說(shuō)，它就像個(gè)衛(wèi)士一樣，告知“家”的主人——航天員：“門(mén)沒(méi)有關(guān)好，存在危險(xiǎn)，您暫時(shí)不能入住。”航天員對(duì)艙門(mén)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)再次檢漏合格后，才能順利入住艙內(nèi)。

根據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室的說(shuō)法，到2020年前后，中國(guó)將在太空中建成自己的空間站。在五院的專(zhuān)家看來(lái)，“小門(mén)神”艙門(mén)快速檢漏儀在載人飛船上的成功應(yīng)用，將為空間站等后續(xù)航天器艙門(mén)和各種對(duì)接密封面檢測(cè)積累經(jīng)驗(yàn)。

來(lái)源：《中國(guó)青年報(bào)》endprint