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科技成果 | 江苏智慧助力“天宫”梦圆

2022-11-07 来源:交汇点新闻 作者:江苏科技

10月31日15时37分,搭载空间站梦天实验舱的长征五号B遥四运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约8分钟后,梦天实验舱与火箭成功分离并准确进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

 

“梦天”一飞冲天,承载着中国航天人接续奋斗30年的飞天梦,承载着中国人在太空拥有自己空间站之梦,更承载着中国航天向着星辰大海继续进发的航天强国之梦。在这其中,闪耀着江苏智慧、江苏身影,《科技周刊》记者对话航天领域江苏参与者,详细解读中国空间站梦天实验舱发射任务背后的故事。

他们在现场——

“高速摄影”跟踪记录火箭飞行状态

 

“虽然我远在海南,但我十分怀念家乡。航天工程寄托了无数人的汗水和劳动,承载了一代又一代人的航天梦,感谢你们支持我国的航天事业,祝福中国航天明天更加辉煌!”10月31日下午,刚刚完成梦天实验舱发射任务的文昌航天发射场测控室工程师黄茂松难掩激动,心潮澎湃地给2000公里外的泰兴亲友们发送了这样一条信息。

 

刳肝以为纸,沥血以书辞。梦天实验舱成功发射的背后,是无数“护航员”与“助推手”的汗水结晶。其中,就有不少江苏籍的参试人员。

 

在梦天实验舱的发射任务中,黄茂松所操作的测控设备负责测量“梦天实验舱”中火箭初始段漂移量,并记录实况景象。“我的工作可以理解为操作高速摄影系统,为火箭飞行快速评估提供有力的数据支撑。”

 

自从2012年硕士毕业前往西昌卫星发射中心工作至今,黄茂松已有十年航天工作经验。2013年12月,奉命参与“嫦娥三号”发射任务的他目睹了现场发射的场面,深受震撼,原本饱受思乡之苦的心被立志航天事业的壮志豪情取而代之,“我不再彷徨,立志航天,报效国家。”

 

“为了勘察一个合适的位置,我钻进丛林深处,身上被蚊虫咬得到处是包。”2014年,黄茂松主动请缨来到海南文昌发射场工作,成为了文昌发射场最早的建设者之一。面对时间紧、任务重的难题,他化压力为动力,在厂房打地铺,和设备睡在一起。随着各点号的全部指标一个个经过测试过关,黄茂松黑了几个度、瘦了十几斤。当时的同事冯高工也不禁对他赞不绝口:“这个小伙很干练,敢打敢拼的劲头很足!”

 

“虽然设备的跟踪时间只有10秒,但单次任务持续工作14小时已是家常便饭。”早在2014年,黄茂松就开始了梦天实验舱发射的设备安装调试准备工作。10秒的设备跟踪时间,是火箭点火到飞离塔架的10秒,也是火箭飞行快速评估最重要的10秒,而他的工作,就是做好完美10秒的测控第一站把关人,“操作的准确性会影响目标图像的质量,导致判读数据不准确,进而影响技术人员进行参考分析。”

 

2021年,文昌发射场进入高密度任务发射期,发射场人员和设备基本处于满负荷运转状态,发射一个接一个,如何确保任务圆满完成,是黄茂松思考最多的问题。每一次执行火箭发射任务,黄茂松都会提前8小时上岗,进行测试检查,状态复核后撤离至远控间远程控制,并在发射结束6小时内完成事后所有数据判读。他所在的岗位也是上岗最早、撤离最晚的岗位。“把自己铆在设备上,什么项目难就练什么。”黄茂松通过不舍昼夜地练习,狠抓动目标模拟训练、跟踪飞球、发射日工作方案演练,练就了一身硬功夫。海南湿度高,夜间雾气大,获取图像不清晰从而影响判读怎么办?他多次进行复盘和总结,改善调光曝光策略,确保在不利环境的影响下拍摄出最佳效果。

 

“在助推器分离的时候,残骸信号、其他雷达站的信号可能会干扰雷达跟踪,导致雷达丢失目标,需要精细调整和操控雷达信号,协同各站信号工作,完成跟踪弧段。”来自宿迁的李龙飞是梦天实验舱发射的雷达岗位操作手之一,他的工作是在任务前检验各项技术指标,细致检查机线和备件,并操作雷达测量火箭距离、速度以及方位角度和俯仰角度等数据信息,完成对火箭的实时跟踪。“测量的实时数据经过中心综合处理,作为火箭安全控制的参考信息源之一,同时也成为其他设备重要引导源。”

 

“我的岗位也许相对微不足道,但如果掉了链子,会影响保障工作的后续进程,可谓是牵一发而动全身。”从事测量雷达工作5年来,李龙飞先后参加过天问探火、嫦娥五号以及空间站建造等50余次任务,凭着坚韧不拔的毅力,硬是啃下了许多硬骨头,“作为一名航天保障人,我的工作充满各种挑战,但我一直刻苦训练,确保圆满完成任务。”

 

“这一发是空间站建造阶段的收官之战,使命光荣、意义重大。”李龙飞告诉记者,梦天实验舱的发射任务虽然和平时任务的内容流程基本相同,但由于火箭型号不同,可能会影响信号变化的规律,对操作手的随机应变和应急处置能力提出了更高要求。

 

发射前,李龙飞和团队同事做了大量工作,进一步摸清火箭飞行过程中的信号特点,总结任务的信号变化规律,熟练跟踪捕获方案的每一个细节。梦天实验舱发射前的数不清的日夜,李龙飞在海量的工作中编织一个关于“梦天的梦”。“除了按照工作计划开展任务联调、更换背板备件、测试设备指标,在工作计划外,全组同事们帮助我复盘任务录像,总结操作经验,跟踪各类模拟目标练习操作技能,把每一个细节落到实处。”

 

科技守望“梦天”——

听,来自雷达“智慧眼”最动听的声音

 

“陵水发现目标!陵水跟踪正常!”10月31日,伴随着梦天实验舱的成功发射,中国电科第14研究所(以下简称“中国电科14所”)测量雷达领域研究员程望东听到了来自雷达“智慧眼”最动听的声音。

 

“梦天实验舱发射过程中,大洋深处的远望6号船接过陆上测控接力棒,为发射任务圆满成功保驾护航。”程望东介绍,在远望6号上,由中国电科14所研制的新型舰载脉冲测量雷达,即使在波涛汹涌的海浪中也可以精准跟踪火箭,测量精度与威力达到国内先进水平。

 

“测量数据如果有丝毫的偏差,入轨点就会偏差数百公里,后果无法想象。”程望东介绍,在海南岛东南部的陵水黎族自治县,数百块面板拼接而成的巨大雷达天线罩内,是中国电科14所根据海南发射场的建设需求研制出的国内首部大口径雷达遥测一体化系统,探测距离可达数千千米,威力国内领先。每一次发射,中国电科14所雷达保障团队总是提前到达基地,精益求精确保万无一失。

 

在雷达“智慧眼”的注视下,“天和”核心舱、“问天”实验舱、神舟十四号载人飞船、天舟四号货运飞船、“梦天”实验舱相继顺利奔赴太空、筑梦苍穹。“每一次‘飞天’任务,中国电科14所研制的系列精密测控雷达始终聚精会神守望苍穹,在天际接力勾勒最美弧线,一代代雷达人将他们的心血凝结在这数万个雷达零部件上,为‘航天梦’助力。”程望东说。

 

“从‘神舟’到‘问天’,再到‘梦天’,我们不断推进科技创新,以实际行动践行‘服务于陆海空天,发展出专精通新’的发展宗旨。”中国兵器工业集团214研究所苏州研发中心研发二部部长张宪起告诉记者,梦天实验舱的圆满发射,为之后的载人航天计划打下了坚实的基础。

 

张宪起介绍,在此次任务中,微电子院研制的四种核心模块应用于梦天实验舱的高压电源系统,有力保障了任务的顺利进行,其中,供电组合模块和充电组合模块是电源分系统的重要器件,担负着向运行平台、生命保障系统以及应用系统设备供电的重要任务;步进电机驱动模块控制太阳能帆板的姿态,精确调整太阳帆板与太阳照射方向的相对方位角;直流电机驱动模块主要控制对接机构捕获锁的正反转和闭锁功能,在交会对接中发挥着重要作用。

 

据悉,上世纪90年代,兵器214所便开始承担“神舟一号”配套电路的研制工作,也是国内厚膜混合集成电路首次应用于航天工程。20余年来,214所多次承担着航天领域多项重点工程核心器件的研制、生产任务,连续有力保障了“神舟”系列飞船、“嫦娥一号”“天宫一号”“天宫二号”“天通一号”等20多项重点航天工程的问天之旅。

 

南航专家解读——

“太空家园”未来什么样

 

11月1日凌晨,由我国自主设计和发射的天宫空间站迎来了自己的第三个舱段“梦天实验舱”,“太空家园”成功三舱合一。南京航空航天大学航天学院教授闻新介绍,这次发射任务是中国空间站“T”字基本结构组装完成的收官之战,空间站“太空一期”将在今年年底完工,待到神舟十五号发射后,天宫空间站将迎来百吨级最大构型。

 

据悉,梦天实验舱全长17.88米,直径4.2米,发射质量约23吨,由工作舱、载荷舱、货物气闸舱和资源舱组成,采用大面积可展收柔性太阳电池翼提供能源,通过舱段转位技术实现空间站在轨建造与组装,具有载荷自动进出舱功能和微小飞行器释放功能,配置的暴露平台能提升空间站对载荷的支持能力,可为航天员提供约32立方米的工作活动空间,为应用任务提供13个舱内实验机柜和37个舱外标准载荷工位支持。

 

“梦天实验舱的成功发射,标志着第三步‘建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题’即将完成。”闻新介绍,我国空间站计划将在轨运营10年以上,在此期间还会有神舟飞船载着航天员一趟趟往返,天宫空间站将逐渐发挥太空母港的重要作用。未来还可能有更多的航天器与天宫空间站共轨飞行接受在轨服务,而目前的“T”字构型组合体也具备舱段和应用支持的在轨扩展能力。

 

这一次,负责运送“梦天”实验舱的,依然是读者们的“老朋友”长征五号B遥四运载火箭。因为外形胖乎乎的,不少人也直接称呼它“胖五”。专家告诉记者,长五B火箭是目前我国近地轨道运载能力最大的火箭,主要用于空间站舱段等近地轨道大型航天器发射任务。此次发射是长五B火箭首次执行快速交会对接任务,成功突破了零窗口发射和大直径舱箭连接分离等多项关键技术。

 

身强力壮的“大力士”,自然能扛的东西也会更多。闻新告诉记者,核心舱和实验舱的体积都不小。“在发射技术已经相对成熟的情况下,运载火箭的承重能力成为了发射成功的关键。经过几次考验,‘胖五’的表现的确优秀。中国航天又迈上了一个新的台阶,与美国航天的差距又缩小了一些。”

 

另外,神舟十五号“安排上了”,六人在轨将是新挑战。“对于飞船而言,空间站就是‘码头’。同时,空间站也是太空实验室,科学家可以在里面开展一些空间科学实验。”闻新告诉记者,空间站具有体积大、寿命长、功能强和载人多等优点。

 

一个月之后,中国空间站的确将迎来新的载人挑战。如果一切进展顺利,神舟十五号有望于本月底发射,将神舟十五号乘组送进太空,他们将与神舟十四号乘组在空间站进行会合,首度实现六名航天员在轨。到那时,我们或将会看到天宫空间站最大构型:天和一号核心舱+问天号实验舱+梦天号实验舱+天舟五号货运飞船+神舟十四号载人飞船+神舟十五号载人飞船,规模近百吨级。

 

据悉,中国的空间站未来还有一个重要计划,在空间站建造完成后,会单独发射一个十几吨的光学舱,与空间站保持共轨飞行状态。光学舱命名为“巡天”,具备自主飞行能力,正常任务时与空间站共轨飞行,进行高分辨率天文观测,开展天体物理和空间天文学研究。需要燃料补给和设备维修时,光学舱可与空间站对接,进行推进剂补加和设备维修维护,提高自身寿命和工作性能。