刚刚发射圆满成功!陕西力量护送航天员入驻太空新家!

发表时间:2023-10-17 18:10:19 来源:新闻中心

  北京时间2021年6月17日9时22分,搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射。

  此后,神舟十二号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员送入太空,飞行乘组状态良好,发射取得圆满成功。

  这是我国载人航天工程立项实施以来的第19次飞行任务,也是空间站阶段的首次载人飞行任务。

  飞船入轨后,将按照预定程序,与天和核心舱进行自主快速交会对接。组合体飞行期间,航天员将进驻天和核心舱,完成为期3个月的在轨驻留,开展机械臂操作、太空出舱等活动,验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一系列关键技术。

  目前,天和核心舱与天舟二号的组合体已进入对接轨道,状态良好,满足与神舟十二号交会对接的任务要求和航天员进驻条件。

  位于陕西的航天科技集团六院在此次载人航天工程任务中,承担着长征二号F运载火箭与神舟十二号飞船上的各种主推力及姿轨控发动机、热控分系统及生命保障系统泵阀等的研制任务,并配套了返回舱、推进舱两套推进子系统和9种22台泵阀产品。

  六院院长王万军表示:“液体动力产品在载人航天等重大任务中堪当大任是六院的无尚光荣,全体六院人胸怀两个大局,心系载人航天,打造性能更可靠、更加卓越的动力产品,坚决履行好使命责任,为建设航天强国做出更大贡献。”

  有着功勋火箭、金牌火箭之誉的长征二号F运载火箭是目前我国唯一用于载人发射的火箭型号,此前已先后护送11位航天员、5艘无人飞船、6艘载人飞船和2个空间实验室进入太空,每一次任务都是由航天科技集团六院提供动力系统,圆满完成了光荣而艰巨的使命。

  载人航天工程任务是一项系统工程,一次完整的载人航天飞行,需要品种各样、功能各异、高可靠性的主发动机、助推发动机、高空发动机、姿态控制发动机和轨道转移发动机,功能从运载火箭的主要动力装置扩展到神舟飞船轨道的变换和修正、姿态控制,应用场景范围十分广泛。而在发射任务及后续航天员即将开展的系列科研试验中,高质量、高稳定、高安全度的火箭发动机和空间推进系统的研制,就成为了关键中的关键。

  尽管此前长征二号F运载火箭已拥有14次发射14次成功的骄人发射纪录,被予以“神箭”美誉。六院发动机研发团队依然秉持着“载人航天、人命关天”的理念,坚持确保高可靠、高安全性,对在试车、飞行中曾出现的问题做全面反复的梳理,充分开展“回想”和“预想”工作,对也许会出现问题的地方进行复核复查,并做好相关预案。通过进行技术创新、管理创新等一系列措施,打造更为牢固的载人航天动力系统,确保稳妥可靠、万无一失。

  中国首个空间站建设特别是此次神舟十二号载人飞船发射任务,要求动力产品必须做到追求极致,尽善尽美。为提升产品可靠性,六院科研人员对任何有几率存在潜在隐患的环节都格外敏感,甚至是“吹毛求疵”,相对于长征二号F遥十一火箭,本次发射的遥十二火箭共有108项技术状态变化。六院11所科研团队在极短的时间内围绕设计、生产、研制管理以及近年来该型发动机达成目标情况做举一反三的质量复查,梳理和提出改进措施,并创新性提出六个百分百确认质量控制措施,不断对发动机进行完善和技术改进。振动问题是发动机研制过程中的顽疾,如果出现薄弱环节,就可能会给发射任务埋下隐患。六院科研团队举一反三,从确保载人飞船发射任务万无一失出发,提出更为严苛的要求,对发动机进行技术改进,消除了薄弱环节,减低了振动量级,确保发动机产品零隐患上天。

  为提高生产效率及产品加工质量,六院7103厂利用3D打印工艺革新传统加工方法,使得发动机可靠性进一步得到提升。在本次火箭配套发动机16项工艺状态变化中,具有典型代表性的是发动机推力室隔板加强肋的工艺改进。加强肋是发动机隔板夹层内流通通道的关键构件,大多数都用在保证发动机的燃烧稳定性。该产品之前采用熔模精密铸造工艺生产,受产品特殊结构限制,生产工艺流程长且复杂,配套设备多且依赖性强,使得合格率和生产效率受限。

  3D打印技术的应用实现了加强肋产品加工方法的“双创新”:一方面实现了工艺制造技术创新,突破了传统工艺制造难题,解决了因结构限制导致产品合格率低的问题;另一方面实现了高效、快捷、绿色的制造模式创新,突破传统制造模式低生产效率瓶颈,解决了多种废液、粉尘气味等环保问题,可直接制备出形状复杂、稳定性很高的产品。相比于传统铸件,产品尺寸精度及稳定性更高,产品多项性能指标接近甚至超过传统铸件历史最高值。

  此次“神舟十二号”载人飞船与空间站核心舱的交会对接任务,将由飞船上的推进系统完成精准定位、靠拢、调节等任务,担负全程保驾护航的职责。除此之外,推进系统还将为飞船变轨机动、姿态调正及定向、飞船脱离飞行轨道返回地面以及飞船返回再入大气层等提供动力。而组成载人飞船推进分系统的返回舱推进子系统和推进舱推进子系统,正是由六院801所负责研制。

  与以往神舟系列载人飞船不同的是,“神舟十二号”载人飞船在轨停靠时间长达3个月,为至今我国载人飞船在轨停靠时长之最。针对该任务要求,六院801所科研团队为载人飞船推进分系统量身定做了多项质量改进措施,系统分析可能存在的薄弱环节和风险,进一步辨识设计关键特性、工艺关键特性和过程控制关键特性,有效开展数据包络分析和相关验证试验,通过有明确的目的性的风险分析,特别对一些不可检测项目的分析,以最全面的风险控制、全过程产品零缺陷以及最严格的密封安全措施,从设计和工艺上采取比较有效的风险控制措施,确保神舟十二号推进系统的可靠性和安全性。

  除此之外,科研团队为了能够更好的保证推进系统的可靠性,采取了大量的冗余设计,保证发生一次故障,推进分系统仍能照常工作;即便发生两次故障,仍能保证航天员安全返回。

  长征二号F火箭遥十二发射任务是我国空间站关键技术验证及建造阶段载人飞行的首战,承载着非凡的历史意义。六院党委书记刘志让说,“参与如此重要的国家重大工程任务,六院始终将‘国之大者’铭于心践于行,用液体动力的一次又一次成功,高质量完成时代重任,以更加优异的发展成绩庆祝建党100周年!”

  2021年6月17日上午9时22分许,我国在酒泉卫星发射中心成功发射神舟十二号载人飞船,约6个半小时后,飞船与天和核心舱将完成快速自主交会对接。作为此次任务的轨道计算备份中心与陆基测控网调度管理中心,西安卫星测控中心也将为任务全过程提供关键测控支持。

  9时22分,长征二号F遥十二火箭准时点火,在西安卫星测控中心第一指挥大厅全新升级的显示屏幕上,一条条代表火箭飞行状态的曲线正在随着火箭的飞行而实时变化着。

  火箭飞行约十分钟后,大屏实时画面与遥测数据同时显示船箭分离,轨道计算岗位科学技术人员犹如听到发令枪响一般,立刻投入紧张的计算中。很快,飞船初始轨道与分离点参数便计算完成,有关数据同步传至北京中心并实现比对,为判断发射任务圆满成功提供关键数据支撑。

  “针对此次任务的新情况、新特点,我们西安中心通过改进中心计算机系统,优化轨道计算模式,实现了对载人飞船初始轨道以及分离点参数的快速计算,尽最大可能确保了时效性。”西安卫星测控中心正高级工程师杨永安告诉记者。

  在载人航天任务中,西安卫星测控中心作为轨道计算备份中心,与北京航天飞行控制中心共同负责对航天器发射入轨、在轨运行、返回再入等阶段进行精准跟踪监视与计算分析。完成计算后,两个中心需通过数据比对,确保两者计算结果在误差允许范围以内,才能实时判断飞船的轨道数据、运行工作状态、返回舱落点等信息。

  随着我国航天测控实力的慢慢的提升,目前,西安卫星测控中心对近地轨道航天器的测量精度达到了厘米级,能够为开展飞船交会对接等活动提供精准测控支持。在对航天器返回落点的计算中,该中心提供的落点预报能够将实际落点与理论落点的偏差始终控制在一公里的“十环”范围以内,为地面搜救赢得宝贵时间。神舟七号载人飞船返回测控任务中,该中心计算出的返回舱理论落点与实际落点仅相差374米。

  在此次任务中,飞船与核心舱要实现径向、前向、后向等三个方向的交会对接,针对这一特点,西安中心科学技术人员完成了基于地基与天基遥外测数据,以及北斗卫星定位数据的多元数据融合实时计算,进一步确保了飞船自主快速交会对接的稳定可靠。

  在发射任务直播中,伴随着嘹亮的调度口令,观众们能清楚地看到火箭与飞船的飞行轨迹以及飞船内航天员的实时画面,这一切都得益于我国布局合理、功能完善的统一S波段(USB)测控网。

  飞船升空后不久,坐落在关中平原的西安卫星测控中心渭南测控站顺利发现目标,并完成对火箭和飞船的测量与遥测数据接收;又过了大概5分钟,位于黄海之滨的西安卫星测控中心青岛测控站成功实施目标捕获,并完成船箭分离等关键指令发送,护送飞船顺利入轨。

  入轨后,飞船立即进入快速自主交会对接模式,该中心组织所属喀什、渭南、青岛、厦门、和田等10余个固定及活动测控站相继完成接力测控,为地面判断飞船与核心舱实时运行状态提供关键测控支持。

  西安卫星测控中心工程师张卓和记者说,自中国载人航天工程上马以来,历经近30年的探索与实践,我国已建成了陆、海、天基全方面覆盖的统一S波段测控网,其综合性能已达到了国际领先水平。这一测控网在频段和体制上与国际兼容,集测轨、遥测、遥控、语音、电视等功能于一体,综合了测控和天地通信功能,是飞船升空后与地面联系的唯一信息线。

  “在快速自主交会对接过程中,飞船完全依靠自主运行,地面基本不需要干预控制,这期间,地面主要靠天链中继卫星进行跟踪测控。”张卓向记者介绍,“陆基USB测控设备整体性能相对来说更加稳定,在太空各种情况都未知的情况下,我们通过与中继卫星互为补充,组成天地一体测控网,共同护航航天员的太空之旅。”

  针对空间站建造期间发射任务密度大,新研制各型飞船和空间站舱段与国内外地面测控设备对接测试操作流程繁杂的问题,空间站建设启动前,西安卫星测控中心在渭南测控站正式启用了我国首套S波段星地模拟对接系统,通过在模拟其他测控站USB测控设备的状态,在一座测站便可完成其他测站模拟对接测试,快速缩短了任务准备周期。

  为更好地保障航天员的生命安全,该中心还在青岛测控站全新启用了新一代逃逸安控一体化设备。在上升段,如果火箭在与飞船分离前发生故障,青岛站可在本地直接发送逃逸指令,使飞船直接与二级火箭分离,实现大气层外救生。

  由于飞船着陆区域由四子王旗主着陆场调整至东风着陆场,飞船返回轨迹出现较大变化,使喀什测控站首次参与到飞船返回段的测控工作中。

  在接下来为期3个月的太空旅程中,西安卫星测控中心将持续组织各测控站点,为神舟十二号飞行乘组开展后续工作提供稳定测控支持。