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  • “神舟”6号太空长征新摇滚

    时间:2022-12-25 17:40:06 来源:正远范文网 本文已影响 正远范文网手机站

    2005年10月12日上午9点整,举世瞩目的中国第2艘载人飞船“神舟”6号将费俊龙、聂海胜两名航天员送入太空,在太空飞行5天后于10月17日4时33分安全返回地面。这次飞行首次实现了我国“真正有人参与的空间飞行试验”,打响了我国载人航天工程“三步走”战略进入第二步任务的揭幕之战,是2005年我国最具影响、最具战略意义的国家级科研试验任务,是我国最重大的科技实践活动之一。据中国航天界负责人透露,在“神舟”7、8发射时,将进行太空行走等试验。

    飞船亮点多

    “神舟”6仍由轨道舱、返回舱、推进舱组成,全长8米,重约8 079千克(“神舟”5总长8.86米,总重7 840千克),其中航天员的活动空间5.5米3 ,具备搭载3名航天员在太空飞行7天的能力。该飞船包括结构与机构、制导导航与控制、热控、电源、测控与通信、数据管理、环控与生保、回收着陆、推进、仪表与照明、有效载荷、乘员、应急救生共计13个分系统,设备643件,元器件10万多只,装船软件83个(其中A级20个,B级31个,C级32个),语句40万条,节点8万多个,计算机芯片120多个。有13项关键技术达到国际先进水平,在制造飞船的各种零件产品中,国产化率达到了95%。

    作为“神舟”5飞船的后续产品,“神舟”6与“神舟”5的主要技术状态一致,但“神舟”6取消了附加段,轨道舱内安装了载人航天第二步任务所需的技术试验设备,航天员首次进入轨道舱进行了工作和生活。与“神舟”5相比,“神舟”6有110项的技术状态变化。

    生命之门:舱门技术在“神舟”6的飞行中,返回舱舱门的开关是重中之重,因为航天员要首次打开返回舱的舱门到轨道舱中工作,所以舱门的质量经受到真正的考验。它不仅要开关自如,而且密封性要非常好。为此,“神舟”6设计了多道保险。

    ——装有防误开锁。飞船在发射或返回时振动很大,为了避免把关好的舱门误打开,舱门上有一把特殊的锁——防误开锁,它既安全可靠,又容易操作。航天员按照设计好的动作操作,把拉手转到一个固定位置,形成解锁状态,门才能被打开。为了让航天员在失重的状态下用得上力,舱门附近设有助力点。

    ——特殊的舱门清洁布。为将微小多余物擦拭掉,保证舱门的密封性,研制了一种用特殊材料制成的“舱门清洁布”, 它具有不掉小纤维的多余物、不产生静电、不残留水迹、无挥发物,对人体无害、无毒等优点,是一种造价几百元的特制绸布。

    ——能快速检漏。为了验证舱门的密封性,设计师研制了快速检漏设备,在关闭舱门10分钟左右的时间内就能完成舱门的密封检测,确认舱门是否关好。

    全启生保:生保技术因为“神舟”6运行时间长,载人多,并去轨道舱生活、试验,所以对飞船的环境控制和生命保障系统要求更高了。比如,飞船轨道舱的环境控制和生命保障分系统要为“神舟”6航天员创造合适的舱内环境,保证舱内适宜的温度、湿度和通风条件,清除舱内有害气体,收集处理废物,提供用水和氧气等。为此,“神舟”6飞船首次全面启动了环境控制和生命保障系统(这是“神舟”号飞船第一次全船启用)。基于“2人5天”的飞行任务,“神舟”6准备了足量甚至余量的食品、水、睡袋等。食品柜置于轨道舱中(“神舟”5时处于空置状态),舱内的氧气、温度和湿度可自动感应调节。

    另外,轨道舱功能使用方面也有了改进。除了配备食品加热装置、餐具等必需品外,还首次挂上了一个睡袋,供2名航天员轮流休息用,首次装上太空马桶,首次装有热饭用的电加热器,等等。

    不惧干扰:姿控技术由于“神舟”6的航天员要进行穿舱等活动,因而会对飞船产生较大的摇动力,为此科研人员对飞船的制导导航与控制系统进行了新的改进,做到了航天员“你动你的”,飞船“我飞我的”。

    10月13日,“神舟”6的航天员先后进行了开关舱门、穿脱压力服、穿舱、抽取冷凝水四大项“在轨干扰力”试验,结果表明航天员较大幅度动作对飞船姿态影响微小,飞船姿态保持良好,姿态控制发动机不需要启动。这标志着飞船能够承受航天员舱内活动的扰动,从此航天员可自由进行类似幅度动作。

    从北京飞控中心大屏幕上看到,费俊龙在穿舱试验后,曾轻松地在返回舱的两个舷窗间较快地飘来飘去,拿着照相机以不同角度拍摄美丽的地球。他的这个动作在“神舟”5飞行时是绝对禁止的。

    改进缓冲:缓冲技术座椅缓冲器是航天员座椅下的一个装置,类似汽车座椅下的减震器。它可在返回舱缓冲发动机工作不正常时,用于缓冲返回舱“硬着陆”时对航天员的冲击,以保障航天员的安全。

    “神舟”1~4飞船上采用的是拉刀式座椅缓冲器,是通过切削金属的方式来吸收能量。经过多次实践和深入研究发现,采用胀环式座椅缓冲器更好,即通过胀环的塑性变形来吸收能量。它可使缓冲可靠度由拉刀式座椅缓冲器的0.999提高到0.999999。“神舟”5首次采用了胀环式座椅缓冲器。根据杨利伟的经验,针对“神舟”6载有2人,飞船降落时的力量较大,科研人员对“神舟”6的座椅缓冲器又进行了重新设计,并与整船结合进行了反复试验,从高塔、飞机上抛下的3次试验每次均获得了成功,使航天员在落地时的反作用力更小了。

    “神舟”6的航天员座椅上还首次安装了赋形减震坐垫。这是一种根据航天员形体的不同特征而量体定制的吸能坐垫,可在发生撞击的瞬间有效地分散人体的应力,避免人体出现损伤。这种坐垫吸收了国外类似产品的优点,性能达到国际先进水平,每副造价为10万元人民币左右。

    “黑匣”增容:记录技术“神舟”6航天员座椅下方安装的一个橘红色的小匣子是应急数据记录器,即所谓的“黑匣子”,主要用于记录飞船飞行的重要数据。飞船返回时会因与大气摩擦产生的等离子体使飞船有一段时间处于“黑障”状态,这个时段的飞行数据只能通过“黑匣子”记录。飞船回收过程中很难测控,如反推火箭是否正常点火等,这都需要“黑匣子”记录。

    它长17厘米,宽10厘米,高20厘米,体积比“神舟”5上的缩小了一半,同时还分别在三个区域放置了三个互为备份的存储器。性能也比“神舟”5上的更高,不仅容量增加了100倍,还采用了特殊的装甲防护,能够在1 000℃高温中烧0.5小时,或在海水中浸泡1个月而无恙。它可以抵抗10 000g的冲击,科技人员曾把它放在炮弹中打出去,打到铁板上瞬时产生15 000g的冲击量也没能让它损坏。

    火箭也改进

    这次把“神舟”6飞船送入轨道的飞行任务是中国“长征”系列火箭第88次发射,也是连续第46次成功。“长征”2F火箭的可靠性为0.97,航天员安全性为0.997,是我国航天史上技术最复杂、可靠性和安全性指标最高的运载火箭。

    用于发射“神舟”6的火箭新增了许多技术,其中三项最突出:一是安装了图像实时测量系统,即摄像系统,使工作人员在地面能实时而清楚地监测火箭助推器分离、一二级分离、整流罩分离、船箭分离等关键动作;二是在飞船的逃逸塔上增加了火路保险系统,加大了对航天员的安全保障;三是解决了减振问题,因为据杨利伟反映,在“神舟”5发射过程中,在升空120秒,即逃逸塔分离时,振动比较大,但这次非常平稳。

    以往火箭发射时,火箭的关机、分离等动作都是靠相应的遥测参数来体现的,不能直观地观测火箭的飞行状态和各种分离动作。这些数字并不直观,而且由于信号干扰,存在一定的不准确性。

    这次发射“神舟”6是“长征”2F火箭第一次安装和使用了图像实时测量系统,即摄像头,使地面可以看到火箭从起飞到船箭分离等动作的实时画面,从而更加准确地观测和判断火箭状态,尤其是进行分离辅助判断。其作用有两个:一是为火箭的故障诊断提供直观依据;二是记录图像,并监视火箭的飞行动作。

    图像实时测量系统由两个摄像头、图像压缩处理器、图像综合控制器等设备组成。其中一个装在火箭的整流罩内,摄像头镜头朝上,用于观测整流罩分离和船箭分离;另一个装在火箭第二级的壳体外,摄像头镜头朝向火箭尾部,用于观测助推器分离和一二级分离。这两个摄像头的分辨率,相当于普通电视机画面的效果。这样,在火箭上升过程中,我们既可以向下看到越来越远的地球,也可以向上看到太阳或星星,堪称真正的“现场直播”。火箭起飞后,其四个助推器分离、芯级火箭的分离、整流罩的分离、火箭与飞船的分离,都能被这两只“神眼”看得一清二楚,从而使科研人员结合遥测数据,以眼见为实的科学态度,更好地判断火箭飞行状态。

    安装在整流罩内的摄像头看上去并不大,但在火箭上加任何东西,做任何改动,都要经过全面完整的论证。要通过电波将图像传回地面就要增加电波传输装置,这对整流罩和飞船的影响如何要全面考虑。在传回地面的每一幅图像背后,都有着许多细致入微的工作做支撑。

    航天员系统耳目一新

    由于“神舟”6上天时所乘的航天员数量人数比“神舟”5的多一倍,飞行天数多五倍,并且航天员要到轨道舱中工作,所以其航天员系统有了较大改进。

    饮食更多、更好在短期航天飞行中,航天员膳食热能供给量一般为每天2 800大卡左右。在“神舟”6上,我国航天员每人每天的食品重量为0.6千克。在正常的轨道飞行中,每位航天员每天需要饮用大约2.5千克的水(太空耗氧每人每天0.9千克,同时要排出大约1千克的二氧化碳)。

    与“神舟”5相比,“神舟”6上的食品在花样、品种和数量上都有所增加,有40多种,包括软硬罐头、复水食品、复水蔬菜[注]、冻干水果、调味品、糕点、主食和饮品等,而每一种类都有多种选择,包括一些中餐,如宫爆鸡丁等。在进餐的方式和口味上也有变化。每餐均配有主食、副食、复水蔬菜、点心、水果、饮料、餐巾纸等。每顿饭有3~4个菜,还搭配有小吃、开胃小菜等,鲍鱼、大虾也在食谱之列,仅仅是在主食方面有白米饭、八宝饭、咖喱饭、糯米饭四个品种,航天员们可以每天换着食用,还配备了加热装置与饮水器。饭后还有冻干的巧克力奶油冰淇淋呢。因为蔬菜加工起来比较复杂,而且在太空复水食用也比较麻烦,因此航天食品专家们每餐只给配备了一个素菜。准备时间加上吃饭的时间,航天员吃一顿饭就得花费1小时。

    为了在太空也吃上水果,研究人员们还为“神舟”6航天员特制了“冻干水果”,它们在水分脱掉的情况下,仍然保持水果的风味,口感、色泽依旧,味道也相当好,种类包括草莓、苹果、香蕉、水蜜桃、哈密瓜等鲜果。航天员还可以喝上咖啡、茶、果汁和奶油浓汤,这些都是复水饮料。

    在返回舱的舱壁上装有一个圆球形的饮水箱,装满了从地球上带去的“桶装水”。这些“桶装水”,都是从北京航天城1 700米地下打上来的,经过严格的程序加工成纯净水,很多喝过这种水的人都觉得水质清醇,口感甘甜。市售矿泉水一般取自地下100米。航天员用水取自地下1 700米是为了确保水源没有任何污染,同时使水中的杂质含量降至最低。经过净化处理后,不添加任何微量元素,航天员饮用水的纯度可以达到99.99999%,堪称我国目前“最纯净的饮用水”。

    科技人员还为航天员准备了一种类似口香糖的清洁剂,餐后使用可以达到清洁口腔的效果。用来“刷牙”的还有用无菌纱布做成的纸套和一种能吃的牙膏,既除味又增白。俄罗斯航天员用生理盐水浸泡的纱布擦拭牙齿,我们的航天员可比他们舒服。

    舱内航天服中国舱内航天服有三层,最外边是限制层,由一种高强度材料做成;中间是一个气密系统,其作用是保证气体不向外泄露;最里边是通风层,一根根白色管道穿插其中。平时,这些管道靠流动的冷空气把热量带出体外,如果遇到应急情况,管道中就得换通氧气,以供航天员呼吸之用。当航天服充入高压气体之后硬的像金属,人的姿态由服装的形状确定,人穿上它活动就受到严重限制,所以在航天服制作中,比较关键的技术就是活动性的设计。

    与国外相比,中国舱内航天服在活动性方面有不少创新,比如俄罗斯航天服的手腕利用织物弹性变形实现活动,而中国舱内航天服采用的是结构变形。其手腕部分呈波纹状,看起来像虾背,这个波纹是由很多等容结构形成的,微摇下手腕,它就能灵活晃动,这种方法虽然工艺做起来比较复杂,但可以节约不少经费。

    另外,还有约束阻件的设计,也是我国独有的技术。约束阻件主要作用是用来调整人在航天舱中的姿态。如果按照我国自己设计的约束阻件去调节,人可以在里边呆8小时。

    因为技术方面的原因,杨利伟在21小时的太空之旅中航天服始终未能离身。但“神舟”6飞船入轨后,航天员即可脱下身上近10千克的航天服,换上连身操作服“轻松上阵”,这样将更有利于航天员在太空中进行科学研究。返回前,航天员用10分钟就能穿上这种由压力服、头盔、手套、应急供氧和通风管路等组成的舱内航天服,以保证航天员安全返回地面。

    防病治病在太空飞行中常见病有空间运动病、内科和外科疾病等。“神舟”6号发射前,我国专家在对国内外所有航天疾病进行筛选后,针对每种病都准备了一套轻、中、重症状的不同处理方法。

    空间运动病和地面上晕船晕车相似,会出现定向障碍,主要症状是恶心、呕吐、头晕、嗜睡、困倦等。在“神舟”5飞行中,杨利伟有一段时间老是觉得头朝下,就是定向障碍的一种表现。天上既要抗晕又不能睡得太久,因此预防它并不简单。我国专家通过几千次试验筛选出了四五种药,“神舟”6带去的药跟“神舟”5一样,但由口服改为速崩片,直接放在口中就能被黏膜吸收入血液,起效快。这种预防性用药每隔8小时吃一次。预防性用药控制不了症状的话,可以用中度药,再不行就注射,航天员都接受过为自己注射的训练。实践证明,“神舟”6航天员没有空间运动病的症状。

    经过多年的研究和实践,中医药为中国航天医学做出了独特贡献。中国航天员科研训练中心多年的实验结果表明,应用中医解决放射性损伤、头部充血、骨质流失等方面都取得了一定的疗效。航天员的体能、心肺储备功能、返回耐力等指标都显示,服用不服用中药差别很大。从1998年至今,航天员科研训练中心设立了“中药茶房”,很受航天员欢迎。中药在使用中毒副作用小,在长期的航天任务中服用中药更有可取之处。另外,中医自然疗法中行之有效的手段,如针灸、推拿、药膳等,都是简便易行的治疗手段,容易在航天任务中应用。

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