2022年4月16日，在神舟十三號(hào)載人飛船著陸的最后一段“路程”，有一個(gè)位于返回艙底部的剎車“指令員”，正在沉著地測(cè)算著返回艙的速度和距地面高度等信息。在飛船返回艙降落至預(yù)定高度時(shí)，這個(gè)“指令員”準(zhǔn)確發(fā)出反推發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火指令，使返回艙在反推力作用下平穩(wěn)著陸，確保了航天員安全順利回家。
這個(gè)“指令員”，是中國(guó)航天科工集團(tuán)某研究所研制的關(guān)鍵設(shè)備——伽馬高度控制裝置。從神舟八號(hào)起，這套裝置就開始在飛船上運(yùn)用，在保障神舟系列飛船安全返回任務(wù)中發(fā)揮著不可替代的作用。今天，讓我們走近這個(gè)神秘的剎車“指令員”，一探究竟。
神舟飛船有個(gè)剎車“指令員”
■劉子萱 易 杰 解放軍報(bào)記者 王凌碩
智慧剎車有精度保障
伽馬高度控制裝置，其核心技術(shù)是伽馬射線探測(cè)著陸技術(shù)。伽馬射線的探測(cè)體制，賦予該裝置穿透地表植被的能力，可精確測(cè)量返回艙底部距離地表的高度，精度達(dá)到了厘米級(jí)。
其具體工作原理為：通過(guò)向地表發(fā)射伽馬射線、快速捕獲反射回的射線，在其“大腦”中進(jìn)行精確計(jì)算，實(shí)時(shí)提取出高度和速度信息，在最佳時(shí)機(jī)發(fā)出反推點(diǎn)火指令，實(shí)現(xiàn)“高速度下高點(diǎn)火高度，低速度下低點(diǎn)火高度”的最優(yōu)點(diǎn)火律，最大限度發(fā)揮反推發(fā)動(dòng)機(jī)的緩沖性能，確保神舟飛船落地時(shí)沖擊力在安全限度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)飛船返回艙的平穩(wěn)著陸。
“與行車原理一致，不同的速度、不同的剎車距離，都影響著乘坐者的感覺體驗(yàn)?！奔夹g(shù)負(fù)責(zé)人王征介紹說(shuō)，為了給神舟十三號(hào)航天員回家提供舒適的著陸體驗(yàn)，他們?cè)谶@次任務(wù)中尤其重視智慧剎車的精度保障。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在速度自適應(yīng)匹配高度控制方面，做了充分的仿真試驗(yàn)，對(duì)歷次飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析、再確認(rèn)，量身定制調(diào)校數(shù)據(jù)，確?？刂凭珳?zhǔn)到位，目的只有一個(gè)——“讓航天員乘組放心使用、用得放心”。
把國(guó)產(chǎn)設(shè)備送上天
我國(guó)載人航天工程啟動(dòng)之初，所秉持的一個(gè)重要理念是：關(guān)鍵技術(shù)要實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
1993年，載人航天工程啟動(dòng)第二年，該技術(shù)團(tuán)隊(duì)開始著手用伽馬射線探測(cè)著陸技術(shù)來(lái)研制剎車“指令員”。
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在伽馬射線探測(cè)著陸技術(shù)上一直受制于人。從神舟一號(hào)到神舟七號(hào)，一直使用的是國(guó)外產(chǎn)品，這也是飛船上唯一沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的單機(jī)設(shè)備。某種意義上說(shuō)，作為飛船的核心關(guān)鍵部件，剎車“指令員”肩負(fù)著保障航天員安全著陸的重要使命，其重要性不言而喻。
采用伽馬放射源實(shí)現(xiàn)高度控制，在當(dāng)年缺少相關(guān)研究，研制難度很大?！凹夹g(shù)必須自立，不讓中國(guó)航天受制于人?！北羞@一理念，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)展開了一次又一次的專項(xiàng)試驗(yàn)，在獲取大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，又開展了數(shù)十種參數(shù)組合的仿真驗(yàn)證及電性能驗(yàn)證，單機(jī)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)聯(lián)合分析驗(yàn)證，一次次迭代優(yōu)化、再分析、再驗(yàn)證，在保證高可靠性的基礎(chǔ)上達(dá)到性能最優(yōu)。
2000年，技術(shù)團(tuán)隊(duì)終于用伽馬射線探測(cè)著陸技術(shù)研制出剎車“指令員”原理樣機(jī)；2008年，它作為備份產(chǎn)品，交付神舟七號(hào)；2011年，它隨神舟八號(hào)上天，圓滿完成返回艙軟著陸任務(wù)。
必須確保萬(wàn)無(wú)一失
載人航天工程是復(fù)雜的大系統(tǒng)工程，伽馬高度控制裝置是單機(jī)級(jí)產(chǎn)品。別看部件單元小，但在每次實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的突破中，大系統(tǒng)的安全可靠性，都源于各分系統(tǒng)、單機(jī)、組件以及每個(gè)底層標(biāo)準(zhǔn)件的萬(wàn)無(wú)一失和環(huán)環(huán)相扣。
工程師的每一道指令精準(zhǔn)發(fā)出后，只有每一個(gè)環(huán)節(jié)和每一個(gè)設(shè)備都可靠工作、精準(zhǔn)響應(yīng)，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的完美表現(xiàn)。
據(jù)該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人葛源春介紹，團(tuán)隊(duì)每位設(shè)計(jì)師都必須做到熟悉伽馬高度控制裝置全流程的設(shè)計(jì)、工藝、元器件性能、原材料特性，只有各專業(yè)、各流程、各環(huán)節(jié)之間無(wú)縫銜接，才能消除技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和管理盲區(qū)，得到滿分。
“干航天，得99分也是不及格！”他們要實(shí)現(xiàn)的，就是追求極致、萬(wàn)無(wú)一失。
“成功不等于成熟，一次成功也不等于次次成功。”該裝置從服務(wù)神舟八號(hào)到服務(wù)神舟十三號(hào)，已有10個(gè)年頭。此次“上船”的伽馬高度表是他們“最新一代的產(chǎn)品”。
相比此前的任務(wù)，本次空間站飛船在軌駐留周期從過(guò)去的1個(gè)月、3個(gè)月，增加到了183天。別說(shuō)飛船在軌飛行時(shí)間大幅增加，就是有細(xì)微變化，也意味著團(tuán)隊(duì)要面對(duì)多項(xiàng)技術(shù)更新、調(diào)整、優(yōu)化，弄清很多具體問(wèn)題。比如，放射源衰減對(duì)產(chǎn)品性能有沒有影響，復(fù)雜空間環(huán)境對(duì)核心器件、產(chǎn)品最終性能有沒有影響等。
為了解決這些問(wèn)題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)要開展器件性能摸底試驗(yàn)，對(duì)電路參數(shù)影響進(jìn)行分析，還要進(jìn)行整機(jī)輻射專項(xiàng)試驗(yàn)評(píng)估，作最壞的情況準(zhǔn)備。這些，只是大量論證試驗(yàn)工作的“冰山一角”。
此次返回艙以直立狀態(tài)落地，表現(xiàn)可謂完美。這是繼神舟六號(hào)載人飛行任務(wù)以來(lái)的第二次，充分驗(yàn)證了伽馬高度控制裝置產(chǎn)品長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的可靠性和復(fù)雜空間環(huán)境適應(yīng)性，驗(yàn)證了中長(zhǎng)期駐留放射源活度衰減情況下的點(diǎn)火性能，確保了神舟十三號(hào)飛行任務(wù)的圓滿完成，也為后續(xù)空間站任務(wù)的順利開展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。