神舟十三號(hào)徑向?qū)幽M圖

將陪伴航天員在軌駐留半年的天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船，是今年9月20日發(fā)射的，里邊裝載了近5噸的貨物，有200多個(gè)貨包。這里面都有啥，都是干什么用的？從火箭發(fā)射到飛船成功對(duì)接核心艙，再到航天員順利進(jìn)駐，神舟十三號(hào)如何過關(guān)斬將？背后都有哪些“功臣”為它保駕護(hù)航？此次航天員為什么要在太空停留這么久呢？對(duì)于這些熱點(diǎn)問題，航天專家來(lái)為大家一一解答。

從顛簸震動(dòng)到舒適加倍，航天員火箭“專列”再升級(jí)

神舟十三號(hào)發(fā)射升空，伴隨著巨大的火箭尾焰和轟鳴聲，我們從直播畫面中看到，三位航天員的神情似乎與在地面無(wú)異，也沒有明顯的搖晃。

與之形成鮮明對(duì)比，在神舟五號(hào)載人飛行任務(wù)中，當(dāng)火箭飛行到三四十公里高度時(shí)，火箭和飛船發(fā)生了急劇抖動(dòng)，產(chǎn)生共振，讓楊利偉承受了極大的不適。后來(lái)，楊利偉在《太空一日》中回憶了那“難以承受的”26秒：“痛苦的感覺越來(lái)越強(qiáng)烈，五臟六腑似乎都要碎了。我?guī)缀蹼y以承受，覺得自己快不行了。”

如何讓這26秒不再“難以承受”？研制人員通過減少火箭助推器蓄壓器上的膜盒，減小振動(dòng)量級(jí)和時(shí)間，但振動(dòng)問題仍未完全解決；研制團(tuán)隊(duì)再次優(yōu)化設(shè)計(jì)，將助推器蓄壓器改為變能量蓄壓器。燃料的振動(dòng)頻率和火箭結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率不再接近，火箭因此就不會(huì)產(chǎn)生POGO振動(dòng)。

作為航天員“專列”，安全性能無(wú)疑是第一位的。長(zhǎng)二F火箭是我國(guó)第一枚有明確0.997安全性指標(biāo)要求的運(yùn)載火箭。安全性指標(biāo)，表示火箭出現(xiàn)故障時(shí)還能保障航天員安全返回的條件概率；0.997安全性指標(biāo)，即假設(shè)發(fā)射出現(xiàn)1000次故障，所采取的救助措施中，僅允許3次不成功。

為確保航天員安全，研制人員對(duì)長(zhǎng)二F火箭逃逸安控體制進(jìn)行改進(jìn)，提高了保密安全性能和抗干擾性能。研制人員在現(xiàn)有控制逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，新增發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火功能，使逃逸飛行器可以向垂直于地面風(fēng)的方向逃逸，更加安全、靈活。“比如，地面刮的是南、北風(fēng)，現(xiàn)在逃逸能力提升了，可以提前選擇與南、北風(fēng)垂直的方向逃逸，避開地面風(fēng)。”中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)二F火箭總體主任設(shè)計(jì)師常武權(quán)說。

神舟首次徑向?？靠臻g站，技術(shù)革新讓對(duì)接更準(zhǔn)更穩(wěn)

這次是神舟飛船首次徑向?？靠臻g站，即飛船與核心艙徑向?qū)涌谶M(jìn)行對(duì)接。對(duì)接時(shí)，核心艙和飛船呈垂直狀態(tài)。

為何神舟飛船要和空間站進(jìn)行徑向交會(huì)對(duì)接？

“因?yàn)楹笃谝M(jìn)行航天員乘組輪換，同時(shí)有兩艘飛船對(duì)接空間站，徑向交會(huì)對(duì)接能提高進(jìn)駐空間站的通道和手段。”北京航天飛行控制中心空間站任務(wù)總師孫軍表示，神舟飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)和敏感器，都是專門為全方位與空間站對(duì)接而設(shè)計(jì)，也只有神舟飛船能和空間站進(jìn)行徑向交會(huì)對(duì)接。

中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體設(shè)計(jì)部飛船型號(hào)系統(tǒng)總體副主任設(shè)計(jì)師高旭告訴記者，徑向交會(huì)對(duì)接有“三難”——難在持續(xù)控制姿態(tài)和軌道、難在確定姿態(tài)和相對(duì)位置、難在航天員手控交會(huì)模式，這也讓此次太空“華爾茲”更加扣人心弦。

徑向交會(huì)對(duì)接的復(fù)雜場(chǎng)景，也對(duì)微波雷達(dá)提出了更高要求。據(jù)中國(guó)航天科工集團(tuán)二院25所交會(huì)對(duì)接微波雷達(dá)主任設(shè)計(jì)師姚元福介紹，神舟十三號(hào)上安裝的是微波雷達(dá)二代產(chǎn)品，體積小、重量輕、功耗低，除了具備基本的高精度測(cè)量功能，還具有通信功能，能夠根據(jù)切換指令與不同應(yīng)答機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了核心艙多對(duì)接口對(duì)接。

微波雷達(dá)的測(cè)量精度有多精？研制人員打過一個(gè)有趣的比方：類似于從北京識(shí)別出石家莊的一張A4紙。那高精度測(cè)量是如何實(shí)現(xiàn)的？“微波雷達(dá)采用偽碼測(cè)距、多普勒測(cè)速、干涉儀測(cè)角等原理實(shí)現(xiàn)兩器之間相對(duì)距離、速度、角度的高精度測(cè)量。”姚元福說。

USB測(cè)控網(wǎng)陸、海、天基全面覆蓋，航天測(cè)控通信性能更強(qiáng)

“光學(xué)跟蹤正常”“USB雷達(dá)跟蹤正常”“遙測(cè)信號(hào)正常”……火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心騰空而起，幾十秒后，指揮大廳內(nèi)工作人員發(fā)出的各項(xiàng)“正常”口令回蕩在發(fā)射場(chǎng)夜空。

“從載人航天工程上馬以來(lái)，經(jīng)過近30年的探索與實(shí)踐，我國(guó)已建成陸、海、天基全面覆蓋的USB測(cè)控網(wǎng)。”西安衛(wèi)星測(cè)控中心工程師張卓告訴記者，測(cè)控網(wǎng)在頻段和體制上與國(guó)際兼容，集測(cè)軌、遙測(cè)、遙控、語(yǔ)音、電視等功能于一體，綜合了測(cè)控和天地通信功能，是飛船升空后與地面聯(lián)系的唯一信息線。

此次徑向交會(huì)對(duì)接整個(gè)過程都是在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)指揮下，由飛船智能自主完成。

“在快速自主交會(huì)對(duì)接過程中，地面基本不需要干預(yù)控制，主要靠天鏈中繼衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)控。”張卓說，陸基USB測(cè)控設(shè)備整體性能相對(duì)更加穩(wěn)定，在太空各種情況都未知的情況下，通過與中繼衛(wèi)星互為補(bǔ)充，組成天地一體測(cè)控網(wǎng)，共同護(hù)航航天員的太空之旅。

“為確保應(yīng)急故障及時(shí)有效處置，我們針對(duì)神舟十三號(hào)任務(wù)設(shè)計(jì)了400多個(gè)故障預(yù)案，組合體相關(guān)預(yù)案高達(dá)2500個(gè)，最緊急時(shí)，15秒內(nèi)就必須完成發(fā)令處置。”北京航天飛行控制中心空間站任務(wù)總師孫軍說。

天舟三號(hào)攜帶貨物中含備份艙外航天服

將陪伴航天員在軌駐留半年的天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船，是今年9月20日發(fā)射的，里邊裝載了近5噸的貨物，有200多個(gè)貨包。這里面都有啥，都是干什么用的？

航天科技集團(tuán)五院貨運(yùn)飛船系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師楊勝表示：主要還是以貨物的運(yùn)輸，包括駐留支持為主，后續(xù)的話會(huì)為整個(gè)空間站組合體提供天舟三號(hào)攜帶的推進(jìn)劑，包括它的發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供給核心艙使用，來(lái)進(jìn)行整個(gè)組合體的姿態(tài)和軌道控制，來(lái)定期軌道維持等，給組合體的安全運(yùn)行提供一個(gè)保障。

除此之外，天舟三號(hào)還帶了一套艙外航天服前往空間站。艙外航天服是航天員出艙作業(yè)的必要裝備，隨著空間站建設(shè)任務(wù)的推進(jìn)，航天員出艙作業(yè)次數(shù)增加，就需要天舟三號(hào)帶上去一套全新的艙外服，在緊急情況下，作為備份使用。

延長(zhǎng)太空駐留時(shí)間拓展星際探索空間

首先，是探索未知的需要。空間站本身就是非常難得的微重力實(shí)驗(yàn)室，它所提供的近乎無(wú)限時(shí)的微重力科研條件，可以得出在地面得不到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

其次，空間站還可以幫助我們長(zhǎng)期觀測(cè)地球，同時(shí)獲得空間站運(yùn)行軌道內(nèi)的太空輻射和電磁場(chǎng)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，可以研究其對(duì)人類身體、各種儀器和材料的影響等。

第三，探索宇宙是全人類的共同夢(mèng)想，只有通過不斷技術(shù)積累，我們才能監(jiān)控預(yù)測(cè)氣候變化，拓展生存空間，從行星文明邁向星系文明。

本版文圖綜合央視新聞、人民日?qǐng)?bào)、中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)等

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