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太空英雄回家!航天飞控团队护航幕后揭秘

2022-04-16 13:19
来源:澎湃新闻·澎湃号·媒体
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秋去春归。4月16日凌晨,神舟十三号载人飞船对接机构解锁,3名中国航天员踏上了回家的路。

神十三飞船返回舱着陆现场

神舟十三号飞船航天员乘组在太空工作生活了6个月,创下中国航天员连续在轨飞行时长新纪录。在飞控团队看来,3名航天员更像是在“天上”办公的同事。出发前,航天员们经常到一路之隔的航天科技集团五院参观载人飞船,熟悉舱内的真实环境;上天后,他们与地面飞控团队的联系更加紧密,天地协同在轨开展工作。

翟志刚出舱后迅速脱帽,“感觉非常良好”

“出差”的第183天,神舟十三号乘组在轨任务结束,飞船返航,终点是北京航天城——航天员与飞控团队共同的“家”。

回家踏上“高速路”

关上最后一道舱门,航天员们告别生活了半年的太空家园。

0点44分,载人飞船对接机构解锁,伴随着北京飞控中心的指令,1米,19米,200米……神舟十三号载人飞船如一叶小舟缓缓驶离“太空港”。在过去6个月里,它曾与空间站核心舱连为一体遨游太空,如今载着3名航天员踏上了回家的路。

神十三飞船返回舱踏上征程

本次返回,神舟十三号载人飞船使用了快速返回模式,在不改变软件硬件的条件下优化流程,飞行控制节奏更加紧凑。与神舟十二号载人飞船相比,神舟十三号载人飞船绕地球飞行的距离由18圈缩短至5圈,返程飞行时长减少近20个小时,让航天员踏上回家的“高速路”。

载人飞船与空间站组合体分离后,与空间站保持安全距离继续飞行。此时地面飞控气氛紧张,技术人员正测量计算各项数据,对飞船轨道进行测定和维持。3名航天员把生命安全托付给了他们,全体飞控成员必须确保飞船按计划安全精准降落。

神十三飞船返回制动

由于神舟十二号载人飞船需要开展技术验证,采用了“7圈技术验证+11圈返回”的方案。神舟十三号载人飞船返回减少了绕飞及径向交会试验环节环节,神舟十二号、神舟十三号两艘载人飞船的返回过程相同,且地面团队提前开展了1:1联合演练,在确保安全的前提下,飞控各环节衔接更加紧凑,航天员返回时间由11圈缩减至5圈,返回时长控制在7个小时左右。

“一些测定轨工作在组合体分离前完成,分离后的测定轨次数也有所减少,原本串行的工作改为并行,提高整体效率。”中国航天科技集团有限公司五院502所神舟飞船GNC系统副主任设计师董文强说。

GNC系统是制导、导航与控制系统,负责飞船飞行全过程的姿态和轨道控制,在经验和技术的支撑下,各系统相互配合,实现飞船的快速返回。

数据上传,指令下达,三舱构型的载人飞船首先分离轨道舱。返回舱与推进舱轻装上阵,组合体制动减速,进入返回地球的轨道,开始自由滑行。

在距离地面约140公里的地方,推进舱分离后烧毁,返回舱在地心引力的作用下一头扎进大气层,投向地球的怀抱。此时舱外温度可达几千摄氏度,航天员承受着最大约3g的过载。

神十三飞船进行姿态调整

接着,返回舱发动机调整姿态,进行升力控制。

穿越黑障区,返回舱继续降落,随后引导伞、减速伞、主降落伞依次打开,仿佛绽放的礼花迎接英雄凯旋。在距离地面约1米的地方,返回舱底部点火反推缓冲,神舟十三号载人飞船在东风着陆场成功着陆。

“原来的返回方式也符合要求,但是技术进步没有止境。”五院载人飞船系统副总设计师邵立民说,争取让航天员在返回舱内的时间短一些、回家的速度快一些。

“长城”请回答

“长城明白。”北京飞控大厅响起回答,这句话代表着五院飞控团队的坚实支持。长城岗由7~8人的队伍组成。从去年10月16日长征二号F运载火箭发射,到今天上午神舟十三号飞船平安返回,长城岗始终陪伴在航天员左右。

“每逢重大事件,我们都会和航天员通话。”曾担任神十二飞船任务长城岗的俞进透露。

出发前,航天员每年有几次进舱体验,熟悉神舟载人飞船的舱内真实环境。上天后,航天员与地面飞控的联系更加密切,每逢出舱、太空授课等重要事件,3名航天员都会提前与地面飞控团队通电话,详细沟通机器使用情况和操作细节。

太空授课

“航天员很关注载人飞船的情况,有时会提前到舱内检查。”五院载人飞船系统总体主管设计师俞进说。在组合体飞行的183天里,神舟十三号载人飞船多数时候处于“休眠”状态,舱内大部分设备关机。航天员每周到载人飞船内巡视一圈,检查阳光照射不到的地方是否因低温结露,采集舱内样本检测微生物情况。

长城岗是一座桥梁,连接着航天工程技术与载人航天大系统、在轨航天器与地面技术支持团队。长城岗一方面负责飞船的日常状态监测,另一方面在返回任务中协调各系统,判发指令,申请计划调整,并在出现故障时及时通报、拿出预案、紧急处置,俞进总结:“可以简要概括为上传下达、故障预案处置。”

肩负使命,长城岗随时准备着。他们不定期开展应急演练,假定当航天员遇到紧急情况,接到预警后各岗位应急联系人第一时间到位,负责人以最快速度到达一线,并预演紧急撤离方案。

载人航天工程发射任务密集,神舟载人飞船滚动待命,长城岗的成员大多身兼数职,既要保障天上的飞船平稳运行,又要推动地面的飞船按期生产交付。在轨驻留6个月,既是对中国航天员身心素质的一次高难度考验,也是地面飞控团队必赢的一场持久战。

飞控团队工作场景(刘淮宇 摄)

为此,五院采用“分布式飞控”,把日常监测和关键弧段工作区分开,在日常运行阶段使用智能诊断系统解放人力,在出舱、巡检等关键弧段集中队伍、全力提供保障。五院研发的多星智能诊断系统,能实时监测载人飞船上千个重要参数,结合队伍的经验优势,通过计算机判读的方式提供预警服务,系统还将应用于五院其他型号航天器的在轨管理。

“保证工作质量不下降,尽量压缩优化人力资源成本。”邵立民总结。

“始终绷着一根弦”

去年12月初,中国常驻联合国的代表团曾提交了一份普通照会,美国卫星先后两次接近中国空间站,出于安全考虑,中国空间站实施“紧急避碰”。

事发当日,502所神舟飞船GNC系统副主任设计师董文强正在北京飞控中心,值班结束正准备离开,突然接到通知实施紧急避碰,这件事让他记忆犹新:“心里始终绷着一根弦。”

近年来,世界范围内航天发射活动逐年递增,星座建设使得太空轨道越发“拥挤”。退役卫星、太空垃圾像“不定时炸弹”,随时可能威胁中国空间站和航天员的安全。

天宫空间站核心舱与两船构型

“天上的航天器、碎片太多了,有些会发公布,有些会不定期地冒出来。”俞进介绍,地面技术人员为应对此类问题制定了多套预案,收到预警后,及时避让,为天宫空间站保驾护航。

“神舟十三号飞船一项关键技术验证就是6个月在轨停靠。”邵立民介绍,神舟飞船的关键技术全部在地面验证过,但无法完全模拟在轨环境,6个月的时长会带来更多不可控因素,飞行时间越长,发生故障的概率越大。

从另一个维度考虑,相比半年内两批航天员两次往返天地执行任务,一组航天员停靠6个月再返回的风险更小。而且,经过反复验证、刻苦训练,中国的航天器、飞行员完全能经受住为期半年的考验。

邵立民说:“神十三飞船6个月的地面监视数据符合预期,经历过后,我们更自信了。”

安全性一直是神舟飞船的首要目标,五院载人飞船系统应急救生主管设计师张治国认为,飞船的安全性和可靠性经过周密设计,技术状态千锤百炼、一脉相承,他说:“各类预案提供了充足保障,从神舟一号飞船到现在,载人飞船的应急救生系统从来没有启用过,但大家依然严慎细实地开展工作。”

飞船返回舱着陆反推发动机工作,成功着陆

“在岗位中学习,在工作中用琢磨。”俞进说,她从神舟一号开始参与载人航天工程,是队伍里的“老人”,同样担任过长城岗的五院载人飞船系统总体主管设计师程伟也有近10年的工作经验,航天重大工程任务做牵引,队伍里一批年轻人在前辈的带领下迅速成长起来,传承载人航天精神,成为航天事业的后备力量。

据介绍,神舟载人飞船采用小批产模式,结合纵向的历史发射数据积累和横向的同批产品对比,确保每艘飞船产品状态的可靠性和安全性。目前神舟十四号飞船已经在酒泉卫星中心蓄势待发,神舟十五号飞船作为应急船将择机启程,新批次神舟十六号飞船进行了部分技术改进,研制交付工作正在稳步推进。

记者/胡蓝月

图/除署名外,均来自新华社、央视

原标题:《太空英雄回家!航天飞控团队护航幕后揭秘》

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