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从“技术自立”到“技术自信”的神舟飞船

时间:2023年05月31日 信息来源:本站原创 点击:801 字体:

一直在进步的神舟飞船上的标签越来越多,很难用一句话介绍完——


“起步晚、起点高、一步到位,具有中国特色的多功能飞船。”


“故障预案的工作量甚至占整个工作的50%以上。”


“飞船进一步增强自主健康管理功能,把对人的依赖降到最低。”


5月30日,神舟飞船又发射成功了,这次是第十六艘。神舟十六号载人飞船携景海鹏、朱杨柱、桂海潮3名航天员前往中国空间站,我国第11次载人航天飞行任务开启。这艘飞船是我国空间站转入应用与发展阶段后的首发载人飞船,也是新批次的首发船。


面世20余年,飞船一直在“变”,不变的是对高可靠性的追求。从1992年中国载人航天工程艰难起步,到1999年第一艘无人试验飞船“神舟一号”叩响寰宇,到2003年浩瀚太空迎来首位中国航天员访客,再到中国空间站转入常态化运营模式,神舟飞船在一次次的探索与突破中不断焕发出新面貌,完成了一场从“技术自立”到“技术自信”的转变。

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把对人的依赖降到最低

在距离神舟十六号载人飞船发射还有十几天时,航天科技集团五院飞控试验队进驻北京航天飞行控制中心,与在酒泉卫星发射中心兼顾神舟十六号载人飞船和神舟十七号载人飞船任务的发射试验队遥相呼应。

在这里,连排的小屏幕和中心的大屏幕就是他们的主战场。神舟飞船飞控技术组组长杨海峰是一个“老神舟”,作为飞船报警信息第一联系人,他要做到365天24小时手机不离身。


报警信息五花八门,如果收到“参数越限”“数据跳变”这类报警信息,就意味着天上的产品可能出现问题。


相比其他航天器,神舟飞船是航天员实现天地往返的“生命之舟”,其安全性的优势非常明显。杨海峰和团队利用各种方法分析航天员在轨可能遇到的危险,制定了事无巨细的故障预案。在思考每个可能的故障时,他们也反向思考正常的飞行流程,从各个角度对正常流程不断打磨、完善。


“故障预案是保障神舟飞船安全的必备手段,是神舟飞船历次发射任务准备工作中最重要的工作内容之一,工作量甚至占整个工作的50%以上。”杨海峰介绍,为了实现“本质安全”,神舟飞船从方案设计之初,就尽量不使用或减少使用可能对系统安全构成潜在威胁或可能造成危害因素的产品或功能。


例如,飞船使用的所有非金属材料要按照选用要求筛选并经过阻燃及燃烧性能检测,结果合格方可装船;飞船配备了灭火器、防毒面具,制定了专项灭火程序,这些都写进了航天员故障处置手册中,由航天员进行专项训练。


一直以来,神舟飞船的“变”源于对高可靠性不变的追求。这一次,神舟十六号载人飞船进一步增强了自主健康管理功能,不断提高飞船上自主健康管理水平,实现自动故障诊断及处置,提高故障处置时效性,把对人的依赖降到最低。


杨海峰举例,飞船推进系统管路超压全天24小时都有可能发生。经过优化,管路可以通过遥测数据感知自身的健康状态,对故障进行检测和分离,预测性能变化和寿命,从而通过执行处置决策进行故障恢复,保障系统正常运行和执行任务。


除了传感器发挥作用,“人在回路”也是保障神舟飞船安全性的一大特点。航天员在轨驻留期间,基于感知的健康状态能够进行更加灵活的实时判断、调控和决策。


神舟飞船设计了纯机械的对接通道复压控制装置,航天员通过操作手轮实现对接通道复压、泄压。飞船还设计了人控指令驱动电路,航天员通过观察仪表数据,发送手控指令就可实现对接锁的锁紧、解锁。飞船充分利用有人参与的优势,让航天员参与故障诊断和故障处置,不断提升在轨健康管理水平和安全性。


仍为当年的设计感到骄傲

这些改进给杨海峰带来一个感受:“技术上我们更加自信了。”他表示,如今只要改进对产品和状态有益,就可以大胆尝试,不断让创新成果在工程实践中变得实用、好用、长期用。

这样的自信源于技术的持续积累。多年来,神舟飞船练就了一身“真功夫”,在技术上创造了中国航天史上很多“第一”:载人航天三大基本技术中,载人天地往返和出舱活动技术由神舟飞船独立突破掌握,交会对接技术以神舟飞船为主突破掌握;我国第一个利用国际通信卫星开展数据中继试验的型号,是神舟飞船;我国天链中继系统的第一个用户,是神舟飞船;我国第一个安装舱外摄像机的航天器,也是神舟飞船。


这一切来得并不容易。


要自信,先自立。中国载人航天发展的路径,是从载人飞船起步。这是国家工程,是事关国家安全的战略性技术。参加中国载人航天一期工程的“老神舟”回忆,初期虽有研制卫星的经验,也借鉴了一些国外载人航天领域的研制经验,但是从“0”到“1”真正要研制出一艘载人飞船却非常艰难。


掌握核心技术,没有捷径可走。“不走跟随、仿制的技术道路”是老一辈航天人的凌云壮志。他们经过无数次的计算、论证、验证,确定了三舱方案;提出了具有中国特色的轨道舱留轨方案;学习国外经验并进行技术创新,确定了逃逸救生方案;结合我国实际情况进行创新,确定了降落伞方案;综合各方要求和约束,确定了返回舱构型和布局……


他们也亲身体会了“花165万美元也只能买来外方一个‘Yes’或‘No’”的复杂况味。回忆起新中国的航天发展史,神舟飞船首任总设计师戚发轫语重心长,“我们老航天人一辈子的体会是:靠别人不行,只能靠自己。”

1999年11月20日,我国第一艘无人试验飞船“神舟一号”成功发射。五院载人飞船系统总体副主任设计师彭华康评价,这是一艘起步晚、起点高、一步到位,具有中国特色的多功能飞船。

神舟飞船有很多独到之处。从经济角度看,它可以一船多用,完成在轨任务后,飞船的轨道舱可以留轨飞行继续开展科学实验。飞船上的许多系统采用了大量先进的计算机智能管理系统,采用国际统一的测控体制,全面推行软件研制工程化。

“这些技术方法和管理理念到现在还在各类航天器上广泛应用,没有过时,而且能与国际航天很好地接轨。”彭华康谈到这些,仍为当年的设计感到骄傲。

神舟队伍出专才、将才、帅才

2022年入职的孙斌今年独自承担测控分系统工作。在师父黄才手把手传帮带的指导下,孙斌慢慢熟悉了发射场流程,识别了每项工作的注意点和风险点,与总体和其他分系统完成协作配合,顺利完成了神舟十六号载人飞船发射任务。

除孙斌以外,神舟十六号载人飞船发射试验队有接近40人是90后和00后。这是一支充满朝气和青春活力的团队,大家成长迅速,在各自的岗位上担起了重任。

神舟飞船研制队伍发扬载人航天精神,战胜了各种困难,攻克各种难关,实现了出成果、出精品、出人才。一代代从事或从事过神舟飞船研制工作的航天人,在各自岗位上逐渐成长为不可多得的航天专才、将才、帅才。

1992年,杨宏进入五院总体部载人飞船总体室工作。30多年来,他与中国载人航天工程一同成长,从神舟飞船“桌面联试”的试验员逐步成长为中国空间站的总设计师、中国工程院院士。

神舟飞船总指挥何宇1994年入职五院总体部载人飞船总体室时,恰恰是中国载人航天工程的起步阶段。载人飞船研制难度大,执行任务要等七八年,同时又赶上“下海”潮,年轻人和中生代流失严重。从那时起,整个团队就咬紧牙关练内功,一是压担子,二是传帮带、倾囊相授,三是高标准严要求,从各个方面提升能力。对总体人员的要求就是3个字:问不倒——对所有的状态都要如数家珍、百问不倒,包括单机元器件一层。

现在随着任务的高密度开展,新毕业的大学生在一年之内既可以全程参加一次发射场工作、参加一次全程飞控,还可以参加一次全程回收,而且每年都有这样的机会。最好的课堂在工程一线,最好的教材是日常工作,最生动的思想教育时机就在发射时刻和返回再入时刻。

高标准的要求,使团队在锤炼中成长、成熟起来。敢于放手使用青年人才,注意营造鼓励创新、宽容失败的氛围,这样的信心也正是来自他们一直对载人航天事业的热爱和责任感。孙斌说,奋斗从哪里开始,精神就从哪里产生,我们要以载人航天事业发展为己任,勇于挑战,敢为人先。如一首致敬中国航天的歌所唱,“在坎坷中破壳,做一个追光者”。



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