中國首次制造太陽翼結(jié)構(gòu)

細心的人可能會留意到，在每次載人飛行任務宣布成功時，都會提到這樣一句話：飛船準確進入軌道，太陽帆板展開正常，航天員狀態(tài)良好。

這其中的“太陽帆板展開正?！敝陵P(guān)重要。它意味著，飛船能夠采用太陽能供給能量，此后才能逐步啟動有效載荷。和此前神舟飛船所帶的太陽能帆板不同，神舟十一號的太陽能帆板是第一次采用國產(chǎn)太陽翼結(jié)構(gòu)。

這一結(jié)構(gòu)由航天科技集團公司五院508所研制。根據(jù)該所的說法，此次，神舟十一號太陽翼連接架百分之百國產(chǎn)化，基板國產(chǎn)化率達93%，說明該所復合材料的專業(yè)能力已達到國內(nèi)同類復合材料產(chǎn)品的國產(chǎn)化率最高水平。

事實上，這家科研單位之所以能做出這一產(chǎn)品，還是“被逼出來”的。

根據(jù)五院專家的說法，神舟十一號飛船按照原來的設計方案一直進展順利，但到了2014年4月，這一方案遭遇了“進口碳纖維等原材料受限”的問題。怎么辦？換方案的可能性不大。研制人員下定決心，使用國產(chǎn)原材料把太陽翼做出來。

根據(jù)五院專家的介紹，在研制過程中，五院508所圍繞國產(chǎn)碳纖維、鋁蜂窩的材料特性開展了工藝技術(shù)攻關(guān)。針對國產(chǎn)碳纖維工藝性較差、易損傷的特點，研制人員確立了適用于國產(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)量和力學性能等均滿足設計指標要求。

針對國產(chǎn)鋁蜂窩芯外形尺寸較小的現(xiàn)況，研制人員則在短時間內(nèi)突破了大尺寸、高性能鋁蜂窩芯生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，快速實現(xiàn)了國產(chǎn)蜂窩芯在基板中的無拼接應用。

不過，一個繞不開的問題是，隨著國產(chǎn)化材料的應用，太陽翼基板和連接架的結(jié)構(gòu)力學特性發(fā)生了變化，在同樣的力學環(huán)境下，連接架局部的受力情況有所改變。對此，研制人員又針對結(jié)構(gòu)的變化改進工藝方法，降低了產(chǎn)品的缺陷率和不合格品發(fā)生率。

如今，神舟十一號飛船的正常入軌、太陽翼帆板順利展開，也意味著國產(chǎn)太陽翼結(jié)構(gòu)首次經(jīng)過了在軌驗證。

太空也有App

在人們的電腦和手機中，一款好的軟件和App會極大地提高工作效率。神舟十一號飛船上也有這樣的App——一款由航天科技集團公司五院西安分院研制的飛船上的儀表控制器應用軟件。這款App不僅匯集了神舟十一號飛船14個分系統(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幅頁面圖，還能夠為飛船的自主應急返回尋找最佳的落點。

根據(jù)五院專家的說法，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。

開發(fā)這款App的西安分院研究員張赤萍被稱作“神鍵手”。據(jù)她介紹，在航天員所使用的儀表下方，有一排分別標著姿態(tài)綜顯、地圖環(huán)控、計劃熱控、推進等一系列的按鈕。航天員會根據(jù)飛行任務的需要選擇相應的畫面來顯示。

在神舟十一號飛船上，共有14個分系統(tǒng)，當飛船各個分系統(tǒng)開始工作的時候，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會匯集到數(shù)管分系統(tǒng)。張赤萍說，這時，太空App就開始對數(shù)據(jù)進行匯總，并轉(zhuǎn)換為航天員可以直觀識別和操作的內(nèi)容，最終在儀表上顯示出來。

載人飛船的“小門神”

在執(zhí)行這次神舟十一號、天宮二號任務的過程中，航天員要在太空飛行30多天，其間要經(jīng)歷多次穿艙活動，都需要打開和關(guān)閉艙門；航天員在艙內(nèi)時，維持其正常生活的氣體不能泄漏，艙門是否密封良好具有決定性作用。因此，精準快速地檢測艙門的密封性至關(guān)重要。

根據(jù)專家的說法，早期的飛船采用整艙加壓，通過監(jiān)測艙壓的變化來檢測艙門的密封性。這種方法準確、可靠，對于早期無人飛船任務來說影響不大。但對載人飛船分秒必爭的航天員空間試驗任務來說，卻會浪費大量時間，因此迫切需要改進檢測手段，縮短檢測時間。

艙門快速檢漏儀就是在這一背景下研制的，實現(xiàn)了對艙門和對接面的快速、準確檢漏，填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。因此，這個設備被稱作飛船“小門神”。

專家表示，“小門神”已成為載人航天飛行器的“標配”設備。其原理很簡單，當艙門關(guān)閉后，門體上的兩道密封圈與門框之間會形成一個小空間，這時，“小門神”利用艙門的特有結(jié)構(gòu)，向小空間內(nèi)充入一定量的檢測氣體，通過監(jiān)測小空間內(nèi)壓力的變化來判斷艙門的密封情況。

如果發(fā)生泄漏，艙門快速檢漏儀會立刻發(fā)出報警指示。形象地說，它就像個衛(wèi)士一樣，告知“家”的主人——航天員：“門沒有關(guān)好，存在危險，您暫時不能入住?！焙教靻T對艙門進行處理，經(jīng)過再次檢漏合格后，才能順利入住艙內(nèi)。

根據(jù)中國載人航天工程辦公室的說法，到2020年前后，中國將在太空中建成自己的空間站。在專家看來，“小門神”艙門快速檢漏儀在載人飛船上的成功應用，將為空間站等后續(xù)航天器艙門和各種對接密封面檢測積累經(jīng)驗。

太空旅程時間更長

神舟十一號入軌后經(jīng)過2天獨立飛行，完成與天宮二號的自動對接，形成組合體，完成組合體30天中期駐留任務后，與天宮二號分離，在一天內(nèi)返回內(nèi)蒙古主著陸場，神舟十一號任務結(jié)束。

在太空時間長，如何保障航天員太空工作生活和執(zhí)行任務的能力，怎樣提高飛船的可靠性呢？

神舟十一號的技術(shù)改進，很重要的一個創(chuàng)新亮點，是新配備了寬波束中繼通信終端設備?！盀檫M一步提高安全性可靠性，新配備了寬波束中繼通信終端設備，顯著擴大了測控覆蓋范圍，提升了飛船姿態(tài)快速變化時的天地通信保障能力，從而提高了航天員的安全性和飛船的可靠性?！睂＜艺f。

升級光學成像敏感器

“為驗證未來航天技術(shù)，滿足未來空間站交會測量設備長壽命的使用要求，對神舟十一號的交會測量設備進行了升級換代?！睂＜艺f。

天宮二號和神舟十一號的交會對接，是搭建太空之家的重要一步，尤其是兩者從相距120米到最終完成對接的階段，難度最大、風險最高。為了讓它們能在以8倍于子彈的速度下毫厘不差地對接在一起，技術(shù)人員對光學成像敏感器實現(xiàn)了升級。

神舟十一號交會對接光學成像敏感器的設計人員說，太空中陽光照射強度是地球上的3～5倍，很容易“亮瞎”飛行器的“雙眼”，就像開車時被對面來車晃了大燈，需要一段時間才能恢復視力，因此以往交會對接要選擇光線合適的時機進行。

與天宮一號上運用的產(chǎn)品相比，升級版敏感器的太陽雜光抑制能力、識別目標敏感度均大幅提升，即使被晃了眼，視力恢復時間也能從原來的10秒鐘縮短到幾百毫秒。由此，神舟十一號和天宮二號可以實現(xiàn)準全天候?qū)崟r對接，可保障航天器突發(fā)維修補給或航天員的應急救生。

首次考核航天員中期駐留能力

“此次任務的目的是進一步對改進型載人飛船功能進行全面驗證，為后續(xù)載人任務提供重要的技術(shù)支撐。此外，通過多項在軌試驗，進一步驗證飛船設計功能，獲取和積累載人環(huán)境相關(guān)的飛行試驗數(shù)據(jù)?！鄙裰凼惶栵w船總設計師張柏楠說。

在此次空間實驗室任務中，對接軌道和返回軌道高度比以前增加了5 000米，神舟十一號任務將首次考核驗證空間站階段的交會對接和載人飛船返回技術(shù)，還將首次考核航天員中期駐留能力，通過驗證航天員駐留能力，為航天員空間站階段長期在軌考核奠定基礎。

照明設備點亮“飛天之路”

神舟十一號在浩瀚的宇宙遨游過程中，會周期性地經(jīng)過地球陰影區(qū)，此時會經(jīng)歷很長時間的黑暗，影響在軌任務的順利完成。飛船艙內(nèi)照明設備和交會對接照明設備，不僅為航天員提供了艙內(nèi)工作、生活照明，還為載人飛船與空間實驗室在陰影區(qū)的交會對接提供了攝像輔助照明。

“在太空，如果直接采用生活中常用的白熾燈、節(jié)能燈，估計在飛船上用不了幾天就熄火了。飛船上究竟采用了什么光源？神舟十一號飛船艙內(nèi)照明設備（近距離泛光照明）和交會對接照明設備（遠距離投光照明）使用LED光源，也就是固態(tài)照明光源?！背袚@一設備研制任務的專家說。

專家指出，載人飛船有了艙內(nèi)照明設備和交會對接照明設備后，當飛船進入地球陰影區(qū)時，航天員在艙內(nèi)仍然可以正確判讀儀表，手動操作各種開關(guān)，再也不會誤打誤撞了，飛船與空間實驗室交會對接也多了一份成功的保障。

熱控系統(tǒng)為“太空之家”保駕護航

“神舟十一號在太空中飛行，最關(guān)鍵的是航天員的生命安危?！睂＜艺f，確保航天員在太空中的生活舒適、安全，須為航天員營造一個類似于地面一樣的“家”——有適宜人類生存生活的溫度、氧氣等，而這要靠熱控分系統(tǒng)和環(huán)控生保系統(tǒng)來提供：熱控分系統(tǒng)的作用是使飛船內(nèi)保持一定的溫度和濕度，環(huán)控生保系統(tǒng)是為航天員創(chuàng)造合適的艙內(nèi)生存條件，保障航天員在空間飛行的特殊環(huán)境下能夠安全生活和正常工作，為航天員營造一個溫暖的居住環(huán)境。

熱控分系統(tǒng)和環(huán)控生保系統(tǒng)，分別位于載人飛船的推進艙和軌道艙的艙壁內(nèi)。環(huán)控、熱控分系統(tǒng)主要采用流體換熱技術(shù)進行溫度控制，通過流體流動將船上產(chǎn)生的熱量傳遞給外部輻射器，再通過輻射器將熱量輻射到太空中。

飛船儀表的“救生衣”

飛船上儀表類器件通過液晶屏和航天員完成人機交互工作，作為高精科技代表的儀表類器件往往比較脆弱，而發(fā)射過程中火箭的瞬時快速加速會引起飛船艙內(nèi)設備的劇烈振動，如果無法很好地隔離、衰減發(fā)射時的沖擊振動，很可能導致飛船儀表損壞、飛行任務失敗。

此時，神舟系列飛船儀表板減振器肩負起了為整個飛船儀表減振的重任，安裝在儀表板4個安裝點上的金屬橡膠減振器將儀表和船體隔離開來，并通過振動過程中金屬絲之間不斷地摩擦消耗了大量能量，這部分能量最終變成熱能消失在了周圍介質(zhì)中。

專家指出，金屬橡膠減振器完美扮演了神舟飛船儀表類器件“救生衣”的角色，確保了歷次飛行任務的圓滿成功。

載人飛船的神奇“外衣”

神舟十一號飛船運行在距離地球表面約100千米高度的軌道上時，會受到太陽輻射、地球到大氣的輻射和反照，還會受到許多游離在空間的高能粒子影響。在這樣的環(huán)境中，飛船該怎樣更好地保護自己？

專家說，他們?yōu)轱w船設計的神奇“外衣”就像人類的衣服一樣，天冷時能保暖，太陽照射時能防曬，同時衣服還能隔離灰塵、霧霾等有害因素對皮膚的傷害。

研究人員為軌道艙設計了一套厚度約2厘米的外衣，能高效隔離空間環(huán)境與軌道艙艙壁之間的換熱，外衣表面還有一層華麗的復合膜，以此來提高飛船對軌道原子氧等粒子的防護能力；在返回艙外表面，噴涂了特殊設計的有機熱控涂層，為保證在軌期間的返回艙溫度條件提供有力支持。

在推進艙的底部，為有效抑制發(fā)動機點火后的高溫對推進艙內(nèi)的影響，這一重點區(qū)域運用了多層隔熱材料，能夠隔離的最高溫度達900 ℃。

“科技+時尚”的航天服

據(jù)了解，景海鵬和陳冬兩名航天員的多款航天員服裝由東華大學研發(fā)設計團隊研制，充分體現(xiàn)了“科技加時尚”的設計理念。服裝設計者介紹，服裝突破以往單一用色模式，在天空色湖藍基礎上加入象征地球天際線和外太空色調(diào)元素，深淺明暗的變化搭配，看起來更立體飽滿有層次感；工藝上多以立體直線條為主，前肩隱喻航天飛行軌跡的“S”形弧線與前胸象征勝利的“V”形直線拼條呼應，呈現(xiàn)出粗、細、曲、直的和諧之美。

設計團隊設計研發(fā)保障航天員太空和地面工作生活全過程的系列專用服裝，其中，既包括航天員在軌工作生活的工作服、鍛煉服、休閑服、失重防護服、睡具等，還有常服、任務訓練服、專用服飾等地面任務服裝等數(shù)十個種類，這些專用服裝不僅要確保實現(xiàn)多項特殊功能，還融入了中國特色設計元素，為航天員增添時尚氣息。

據(jù)悉，全系列航天服及配飾的款式、顏色、圖案、質(zhì)地等不僅彼此之間相互匹配，還與艙室環(huán)境相融，體現(xiàn)了中國特色文化元素和時代特征，體現(xiàn)了航天員群體的職業(yè)特點和精神風貌。各具功能的不同類型服裝，有的能夠幫助航天員在長時間太空飛行中起到對抗失重導致的肌肉萎縮，有的還能呵護航天員調(diào)節(jié)他們的情緒和心情，同時還要考慮艙內(nèi)光線環(huán)境下進行攝影、攝像和圖像傳輸后的顯示效果。

航天員巡天的“定心丸”

看過神舟飛船發(fā)射的人們會注意到，火箭頂端有個類似避雷針的尖塔狀裝置，這是由航天科技集團四院自主研制的、被稱為航天員“生命之塔”的逃逸救生系統(tǒng)。

專家說，逃逸系統(tǒng)承擔著航天員的安全救生使命，它負責在火箭發(fā)射前900秒到起飛后160秒出現(xiàn)意外時，可確保箭船分離，把航天員帶到安全地帶，是我國載人航天工程必須突破的三大技術(shù)難關(guān)之一。研究人員克服困難、成功研制的逃逸救生系統(tǒng)，為航天員放心巡天提供了安全保障。

據(jù)專家介紹，逃逸塔性能特殊、技術(shù)復雜，國際上只有美國和俄羅斯掌握了這項技術(shù)。

飛船安全返航的法寶

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。

專家說神舟飛船回收著陸系統(tǒng)的研制，先后攻克了特大型降落傘、著陸緩沖、靜壓開傘高度控制、多模式回收程序控制、非電傳爆彈蓋開傘等關(guān)鍵技術(shù)，研制了目前國內(nèi)回收質(zhì)量最大、著陸速度最低、可靠性安全性最高、系統(tǒng)最復雜的一套航天器回收著陸系統(tǒng)。

研究人員說，神舟十一號回收著陸的亮點明顯，一是全國首創(chuàng)特大型降落傘。降落傘系統(tǒng)是飛船返回階段的重要氣動力減速裝置，它可以將進入大氣層的飛船返回艙從高鐵速度降到普通人慢跑的速度。系統(tǒng)由7 000多個零部件組成，是目前我國航天器回收降落傘中結(jié)構(gòu)最龐大和最復雜的系統(tǒng)。其中，主傘1 200平方米，能鋪滿一個足球場。二是著陸緩沖技術(shù)提升乘坐舒適度。經(jīng)過與空氣的“軟”摩擦之后，飛船返回艙進入著陸緩沖環(huán)節(jié)，這最后一步是硬碰硬的撞擊。為了讓飛船在“落腳”的一瞬依然保持航天員良好的乘坐體驗，研究人員將著陸緩沖技術(shù)應用于神舟飛船返回艙的著陸緩沖系統(tǒng)，從而實現(xiàn)返回艙“軟著陸”。