装备升级,护航飞天

2023-12-12 12:01秋慈
科学之友 2023年12期
关键词:神舟载人空间站

提升“长二F”火箭的可靠性、安全性,对神舟飞船的驱动机构进行升级,采用升级版的通信“天路”……这些科技力量护佑神舟十七号成功飞天。

火箭可靠性、安全性再度提升

作为中国航天史上技术最复杂的“航天员专列”,“长二F”肩负着保障航天员安全进入太空的特殊使命和责任,持续提升可靠性、安全性、适应性是研制团队始终不变的首要目标。

相比“长二F”遥十六火箭,遥十七火箭共有25项技术状态变化,涉及设计改进、流程优化以及预案细化等方面:元器件国产化替代、软件配置项调整等优化改进,进一步提高了火箭的可靠性与安全性;发射场操作流程优化,进一步提高了发射场工作效率;发射场预案的进一步细化完善,也有助于出现异常问题时能够快速及时处理。目前“长二F”的可靠性评估值已提升至0.989 6,安全性评估值达0.999 96。

作为“航天员专列”,“长二F”从空间站建造任务开始,就进入了常态化快节奏发射。目前,“长二F”火箭“发一备一”发射场流程已从空间站建造初期的49天压缩到35天,如今正瞄准30天目标继续优化改进,以更好地满足空间站应用与发展阶段需求。

镉镍电池开启谢幕之旅

值得一提的是,这是神舟飞船使用的最后一批大容量镉镍电池。

一直以来,镉镍蓄电池因其高安全、高可靠特质和耐过充、耐过放性能,非常适合在神舟飞船这种高安全要求的环境中使用。自1999年神舟一号发射以来,镉镍蓄电池已成功为神舟飞船“服务”16次。

如今,神舟载人飞船停靠在空间站前向或径向接口,会遇到严重的遮挡,在接受空间站并网供电时,镉镍蓄电池会面临“充放电不规律”或“不充不放长期搁置”等复杂情况。而镉镍蓄电池固有的“记忆效应”也会影响其发挥最大能动性。

对此,中国航天科技集团八院研制团队开展了一系列的减记忆效应措施研究,采取了一系列在轨控制措施,在神舟十二号到神舟十六号的在轨与返回任务中,镉镍蓄电池“表现出色”。

神舟十七号载人飞船与长征二号F遥十七运载火箭组合体

然而,随着长寿命大容量锂离子电池的安全性得到广泛验证,载人飞船采用该电池的日程越来越近。在中国空间站进入常态化运营后,神舟飞船后续将应用能量更高的锂离子蓄电池,进一步满足型号任务需求。

驱动机构进行了升级

神舟飞船在空间站组合体状态下,所处的力学环境极为复杂。为了进一步提升飞船在轨的安全性和可靠性,不断识别空间站运营阶段可能出现的各类风险,研制人员对神舟十七号载人飞船的驱动机构进行了升级。

神舟飞船对日定向系统有2台驱动机构,位于太阳电池翼与神舟飞船舱体之间,是驱动太阳电池翼实现对日定向的动力源,也是舱内电能供给唯一通路,被认为是整船电能传输的“咽喉”。

空间站的三舱构型对载人飞船驱动机构形成了复杂且多变的热应力环境,对驱动机构轴系的热匹配性、抗力学载荷适应性、内部电传输安全性都提出了更高的要求。

在确保可靠性安全性的前提下,研制团队全面优化技术方案,充分识别技术风险,深入细致技术交底,通过提高机电驱动能力,增加电气隔离间隙,优化内部结构空间。

升级版驱动机构将电气安全间隙增大了1倍,安全距离的提高意味着加厚了这座电传输通路上重要关卡的“城墙”,加宽了“护城河”,大大降低了击穿、放电等高风险情况发生的可能性。

驱动机构一系列的优化和能力提升,实现了技术改进,裕度提升,提高了复杂的空间环境综合效应的适应能力,确保载人飞船在轨稳定运行。

升级版通信“天路”上线

中国空间站

神舟十七号载人飞船计划停靠飞行时间6个月。在轨期间将继续实施航天员出舱活动和货物气闸舱出舱任务,开展空间科学实验和技术试验,开展平台管理工作、航天员保障相关工作以及科普教育等重要活动。

如何保障通信畅通?航天科技集团五院西安分院研制的中继终端以及为中继卫星研制的有效载荷搭建“太空天路”,能够实现飞船与地面通信的畅通无阻,确保地面测试人员实时掌握飞船的飞行状态。

本次发射的神舟十七号载人飞船采用了具备三大优势的升级版中继终端。

集成程度更高

此前的中继终端产品重量较重,研制团队借助最新工艺技术,对产品进行高度小型化、集成化设计之后,在原有功能和性能不变的基础上,升级版产品成功减重9千克。

处理能力更强

以前处理一项工作需要依靠产品中的几个芯片共同完成。在对产品的数字处理功能进行大量优化升级后,现在仅需一个芯片便可轻松应对多项工作。

国产化率更高

研制团队大幅提升了国产化元器件的使用,这使得中继终端元器件国产化取得显著进步。

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