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神舟十七號載人飛船成功發射,上海航天承擔哪些研制任務?
2023年10月26日11時14分,載有3名航天員的神舟十七號載人飛船由長征二號F運載火箭成功發射至預定軌道,我國第十二次載人飛行任務拉開序幕。航天員湯洪波、唐勝杰、江新林將與神舟十六號乘組進行載人航天工程第三次乘組在軌輪換,6名航天員將同時在軌短期駐留。
神舟十七號載人飛船發射升空。本文均為 中國航天科技集團 供圖
澎湃新聞(www.6773257.com)記者從中國航天科技集團八院(以下簡稱“八院”)獲悉,本次八院承擔了神舟載人飛船的電源分系統、對接機構分系統、推進艙結構與總裝、測控通信子系統、總體電路分系統推進艙電纜網及三艙配電器等研制任務。
自航天員楊利偉成功首飛太空20年來,八院研制的對接機構已能適應從8噸至180噸的各種噸位的對接目標,為航天員進入空間站搭建起“太空廊橋”,并創造了與空間站2小時自主快速交會對接這一世界紀錄。電源分系統開展了100多項技術攻關,研制出近百項新材料、新器件、新技術,掌握了低軌高壓電源系統核心技術,實現了航天員在空間站的“用電自由”。
中國空間站三艙三船組合體示意圖。
升級版驅動機構將電氣安全間隙增大1倍
空間站作為超大型有人駐留的在軌航天器,具有獨特的動力學特性。到訪的載人飛船在龐大的多艙段組合體控制下,面臨各種動態變化的力學特性所產生的載荷,直接影響飛船的可靠性和安全性。神舟載人飛船對日定向系統有2臺驅動機構,位于太陽電池翼與神舟飛船艙體之間,是驅動太陽電池翼實現對日定向的動力源,也是艙內電能供給唯一通路,被認為是整船電能傳輸的“咽喉”。空間站三艙構型對載人飛船驅動機構形成了復雜且多變的熱應力環境,對驅動機構軸系的熱匹配性、抗力學載荷適應性、內部電傳輸安全性都提出了更高的要求。
在確保可靠性、安全性的前提下,八院研制團隊全面優化技術方案,充分識別技術風險,通過提高機電驅動能力,增加電氣隔離間隙,優化內部結構空間。升級版驅動機構將電氣安全間隙增大了1倍,安全距離的提高,加厚了這座電傳輸通路上重要“關卡”的城墻,加寬了“護城河”,大大降低了擊穿、放電等高風險情況發生的可能。這一系列的優化和能力提升,實現了技術改進,提高了復雜的空間環境綜合效應的適應能力,確保載人飛船在軌穩定運行。
活動發射平臺承載長二F運載火箭和神舟十七號載人飛船組合體前往發射區。
所有細節用數據說話
神舟十七號載人飛船將采用自主快速交會對接,與90噸級空間站組合體在前向端口對接,歷時約6.5小時。
至此,異體同構周邊式對接機構已經出色地在軌完成了29次空間交會對接和25次分離,產品狀態穩定,工作可靠。載人交會對接從44小時逐漸縮短到8小時、6.5小時。每一個數據的增減,都是一次突破,都是中國航天的一次跨越。
為了確保對接機構具備在單項極限偏差、組合偏差和隨機打靶等多種復雜工況下的捕獲緩沖能力,每個對接機構均需要通過31次捕獲緩沖試驗,準確掌握對接時最大軸向沖擊力,對接環的六自由度最大位姿偏差等特性參數。通過連接分離試驗,可精確獲得分離速度的千分之一變化。通過這些真實有效的特性參數,能如實反映產品內在的細節是否有變化。
神州飛船與空間站對接模擬效果圖。
依托大量的成功飛行數據,八院研制團隊從分系統級、單機級、部組件級三個層次建立了數據包絡分析機制,上百個關鍵參數建立的數據包絡根據飛行試驗結果動態調整,對產品的生產裝配過程進行指導,對產品性能進行預測,提前發現潛在缺陷,提前采取干預措施,確保產品最終狀態過程可控,萬無一失。
鎘鎳電池開啟謝幕之旅
八院透露,這是神舟飛船使用的最后一批大容量鎘鎳電池。對于鎘鎳蓄電池這位全程經歷載人航天“三步走”階段的神舟飛船“金牌老將”來說,神舟十七號的成功發射,是其在中國航天器領域的收官之戰。
鎘鎳蓄電池的高安全、高可靠特質,尤其是其良好的耐過充、耐過放性能,非常適合在神舟飛船這種高安全要求的環境中使用。自1999年神舟一號發射以來,鎘鎳蓄電池已成功為神舟飛船“服務”16次。神舟一號到神舟七號應用了65安時的鎘鎳蓄電池,神舟八號為了提升整船的供電能力,將電池容量升級至70安時。自此之后的9艘神舟飛船,使用的鎘鎳蓄電池依次順利通過了單船飛行、多個組合體飛行、空間站建造階段、空間站應用與發展階段的多次飛行考核,其中最嚴峻的挑戰當屬空間站應用與發展階段。神舟載人飛船停靠在空間站前向或徑向接口,會遇到嚴重的遮擋,在接受空間站并網供電的時候,鎘鎳蓄電池會面臨“充放電不規律”或“不充不放長期擱置”等復雜情況。而鎘鎳蓄電池固有的“記憶效應”,也會影響其發揮最大能動性。
八院試驗隊在工作中。
八院研制團隊開展了一系列的減記憶效應措施研究,采取了一系列在軌控制措施,在神舟十二號到神舟十五號的在軌與返回任務中,鎘鎳蓄電池“表現出色”,目前在軌的神舟十六號鎘鎳蓄電池也“發揮穩定”。
隨著長壽命大容量鋰離子電池的安全性得到廣泛驗證,載人飛船采用該電池的日程越來越近。在中國空間站進入常態化運營后,神舟飛船后續將應用能量更高的鋰離子蓄電池,進一步滿足型號任務需求,通過電源技術的不斷進步,為飛船的正常運行持續提供可靠的保障。
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