载人交会：“神九”书写“中国精度”
发布时间：2012-7-2 14:03
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2012年6月29日10时03分，万众瞩目中，神舟九号飞船在太空遨游13天后，顺利在内蒙古四子王旗大草原着陆，为中国首次载人交会对接画上圆满句号。神舟九号是我国第4艘载人飞船，并第一次将中国女航天员载入天空，标志着我国在载人航天技术方面的进一步成熟。18日和24日成功进行空间交会对接标志着中国较为熟练的掌握了空间交会对接、飞行自动控制技术。为将来建造我们自主的空间站迈出了坚实的一步。 7月1日，中国载人航天工程办公室和中国航天科技集团公司在北京举行神舟九号返回舱开舱仪式，与研制单位和搭载单位代表一道，共同迎接神舟九号返回舱“回家”，并将搭载物品移交给各搭载单位。 “回家的感觉真好”、“天宫就是我们在太空的家”……经历极富挑战性的太空之旅、“很温馨、很亲切”的天宫生活后，重新踏上坚实土地的3名航天员景海鹏、刘旺、刘洋难抑激动，深深“为祖国感到骄傲”。 
图为工作人员使用“钥匙”开舱 “结果圆满、过程完美、成果丰硕”。我国首次载人交会对接任务创造了中国载人航天、中国航天和中华民族新纪录： 中国航天员第一次进驻自己的太空之家；中国航天员第一次自己驾驶飞船进行交会对接；第一位中国女航天员进入太空；诞生第一个两次飞天的航天员。同时，这也是我国载人航天有史以来最长的一次太空飞行，是未来中长期空间飞行的一个起始点。 在中国载人航天事业的高度不断刷新之时，承载着中国载人航天20年积淀的神九任务，书写了航天领域的“中国精度”。 “中国精度”源自技术精湛 ●长征二F遥九火箭完成了所有载人飞行中入轨精度最高的一次 ●太空轨道精度从百米量级提高到了十米量级，为“太空之吻”铺设了精准轨道 ●手控交会对接任务的精确完成，标志着中国全面掌握了空间交会对接技术 神九任务，是一次中国航天和载人航天最富“精度”色彩的太空之旅。 “天宫一号与神舟九号载人飞船交会对接任务全面实现了‘准确进入轨道、精准操控对接、稳定组合运行、安全健康返回’的预定目标。” 中国载人航天工程办公室主任王兆耀评价说，在我国首次载人交会对接任务中，天宫一号目标飞行器和神舟九号飞船产品性能稳定、状态正常。在13天的飞行当中，航天员配合默契，沉着冷静、操作精准，各项试验、各项工作和他们自己的生活都非常顺利。飞行控制中心、地面测控站、海上航天测量船以及天上的测量卫星组成的测控系统高精度的测量控制，顺畅地保证了通信任务。着陆场回收迅速、准确，航天员健康出舱。整个飞行过程，所有的重要事件，都是按照预定计划进行。 神九经典画面，处处是“精度”所系。 6月16日18时37分，我国目前唯一的载人航天发射场——酒泉卫星发射中心，载着景海鹏、刘旺、刘洋3名航天员的神舟九号在长征二F遥九火箭的托举下升空，这是火箭和飞船首次重大改进以后的第一次载人飞行。长征二F遥九火箭的入轨精度是所有载人飞行中最高的一次。 发射场系统再次实现了零窗口发射——火箭发射时间和预定点火时间偏差不能超过1秒。而6月份发射，在载人航天发射中还是第一次。 “以往我们完成的9次发射，都是选择在春季、秋季、冬季，唯一的就是没在夏季。”载人航天工程发射场系统总指挥崔吉俊说，神九任务技术准备处于发射场春夏季过渡阶段，发射窗口处于夏季高温期，包括夏季高温给火箭推进剂加注带来风险等，都给任务实施增加了难度。 长征二F火箭总设计师荆木春说，发射神舟九号的长征二F遥九火箭，和发射天宫一号、神舟八号的火箭为同一批次，但进行了比较大的改进，有30多项更改，目的主要是提高可靠性。长征二F火箭的可靠性指标为0.97，安全性指标达到0.997，是火箭家族中最高的。神九发射，火箭堪称“十全十美，神箭神奇”。 6月18日14时07分，神舟九号飞船与在轨运行的天宫一号目标飞行器顺利完成首次载人自动交会对接。17时许，打开对接通道两端的舱门之后，景海鹏、刘旺、刘洋进入中国首个小型空间实验室，进入中国人第一个真正意义上的太空之家。 尽管天宫一号和神舟八号成功实现了高精度的无人自动交会对接，但载人自动交会对接仍然让人捏把汗。其中，飞船抵达天宫一号后下方52公里处的天地导引交接点，对于自动交会对接能否成功极为关键。 “对测控系统来说，压力特别大的是远距离导引。”载人航天工程测控通信系统总设计师钱卫平说。就在6月18日自动交会对接前，北京航天飞行控制中心对神九飞船进行了最后一次远距离导引控制，将飞船导引到天宫一号后下方52公里处的天地导引交接点。由于控制非常精确，轨道精度从百米量级提高到了十米量级，为成功实施交会对接铺设了一条精准轨道。 神九和天宫的“太空之吻”，其难度和精度称得上是太空中的“针尖对麦芒”，天宫一号和神舟九号各自安装的对接机构，是使命最终完成的核心部件。而作为交会对接的主动一方，神九上的对接机构将主动锁紧天宫一号上的对接机构。 中国载人航天工程新闻发言人武平说，作为我国目前最复杂的空间机构，交会对接核心的对接机构相当复杂，由数百个传感器、上千个齿轮、数万个零件组成。而当两个航天器上的对接机构互相牢牢锁紧，形成一体后，要在两个飞行器之间建立能供航天员通过的密不透气的通道。尤其重要的是，天宫一号还要实现与神舟九号电、气、液的共通，以便“对得上”，后续还能“分得开”。神九任务中，对接机构真正打通了航天员的生命通道，航天员才能通过这个通道，像鱼儿般欢快游入天宫。 6月24日12时许，神九“驾驶员”刘旺驾驶飞船第一次在太空中开了140米，成功和天宫一号实现手控交会对接。精确程度超出人们的想象力。这次手控交会对接任务的顺利完成，标志着中国全面掌握了空间交会对接技术。 “发射当天的早上，航天员还在练习手控交会对接。”中国航天员科研训练中心29岁的航天员教员王焰磊说，“刘旺的手控交会对接训练超过1500次。我对他有绝对的信心。”作为负责手控交会对接训练的航天员教员，王焰磊在给航天员训练之前也练习了将近500次。 3名航天员在神九手控交会对接训练过程中，大量、反复训练的都是特殊情况、异常情况。景海鹏说，我们可以不看任何参数来操作，已经远远超过工程专家对我们的要求。平时训练对我们的要求是偏差不能超过2度，最后考核的时候，我们操作结果的偏差在0.2—0.3度。作为手控交会对接的主角，刘旺在手控交会对接训练中，不管在任何状态、何种工况下，他都能做到准确无误对接成功。 武平说，第一次实施航天员手控交会对接，首次考核飞船手动控制系统。这既对航天员操作的精准性和灵敏性提出了很高要求，同时也对飞船控制系统的适应性提出了更高的要求。 北京航天飞行控制中心主任陈宏敏说，从飞行控制角度看，手控交会对接过程中，天地协同配合难度更高，给组织指挥、专业技术支持带来更大的风险，对飞控组织的实时性、决策指挥的高效性及各系统配合工作的协调性都提出了更高的要求。“手控交会对接的成功，可以用8个字来形容：操控精准，堪称完美。” 6月29日10时许，神舟九号飞船返回舱平安落地。未过多久，搜救人员已出现在返回舱前。在茫茫大草原中，如此迅速、精确发现目标，抵达现场，也创下了中国载人航天回收着陆场的新纪录。 着陆场系统负责人说，为了快速搜救，7架直升机提前升空至预定空域等候，300多名地面搜救人员和多台搜救车辆也在理论落点附近等待。中国电子科技集团公司研究员级高工、着陆场系统搜救测向任务技术总负责人苗建苏说，在直升机、地面队伍和海面测控船上均配有先进的电子测向仪，它们是捕获着陆飞船的“眼睛”。正是这些明亮的眼睛，使搜救人员在最短的时间内发现目标，为飞船的成功发射画上了圆满的句号。 从发射升空、自动交会对接，到航天员首次手控交会对接，再到圆满完成任务返回地球的地面精准预报、快速搜救，都再一次显示了航天领域的“中国精度”。 “中国精度”折射“中国智慧” ●独创发射N+1个航天器，减少发射次数，降低成本 ●经过20年试验，我国成功突破和掌握了建设空间站的三大基本技术 ●载人航天工程35岁以下的科研人员占到80％ 神九任务之所以在技术精度上出类拔萃，来自于中国载人航天事业发展的精心谋划准备。“中国精度”背后，体现着“中国智慧”的独特力量。 “交会对接任务，从总体方案到具体实施都是我们独立自主研发的。具体到交会对接机构、测量和控制技术，都是我们的科研单位自主研发，不是学别人的，更不是引进来的。”载人航天工程总设计师周建平说，从总体方案上讲，如果按照国外当时用的飞船和飞船对接，看起来简单，但是飞行成本高。做3次交会对接，需要发射6次飞船。我们研制了目标飞行器，要进行N次交会对接，我们发射N+1个航天器就行，减少发射次数，降低成本。这种做法和国外不同的是，既完成现有任务，又兼顾未来发展和效益，这是中国独创。 降低成本当然不是唯一的目的。神九航天员在天宫10天左右的生活和工作，证明了天宫一号目标飞行器麻雀虽小，五脏俱全，能够担起一个小型的长期在轨运行的轨道站或是空间实验室的重任。航天员们这次在天宫上进行了10多项医学科学实验，首次进行了在轨质量测量，在住得好、吃得香、睡得安稳的同时，各项任务也完成得好。 “神九任务中，航天员景海鹏、刘旺、刘洋沉着冷静、操纵精准，实现了我国航天员首次在轨的手控交会对接，首次较长时间在轨驻留并系统性地开展空间实验，首次有女航天员执行任务的创举。”载人航天工程航天员系统总指挥陈善广说。 天宫一号目标飞行器也是空间站技术验证的前奏。采用了未来空间站要用的技术，如控制技术和电源技术，为未来空间站的研发打下一个比较好的基础。从技术难度上，极具挑战性。 “一次成功不是完全的成功，多次飞行可以确保技术的成熟度、飞行的可靠性和系统间的协调性。”周建平说，天宫一号和神舟九号的表现证明，这个挑战我们能够成功应对。 载人航天是当今世界高新技术的集中展示。到今年，中国载人航天工程已实施20年，中央财政安排390亿元人民币经费，主要用于技术研发、样品研制、飞行产品的生产，试验设施设备的建设以及大量的地面试验和飞行试验的消耗。20年中，通过9艘飞船、1个目标飞行器，10次飞行试验，4次把航天员送上太空，到神九任务圆满完成，我国已经成功突破和掌握了建设空间站的三大基本技术：载人天地往返，航天员空间出舱，交会对接技术。 “我们建成了较为配套的载人航天研制生产试验、测试发射、测量控制的体系。取得了900余项国家级发明专利和科技进步成果。加强了国家航天的基础设施建设，提升了我国航天产业的整体能力，带动了相关的基础科学、应用科学的研究。”王兆耀介绍说。 20年载人航天事业结出的最大硕果之一，是一支风华正茂的年轻航天人队伍。现在，工程各系统总设计师大多在40岁至50岁之间，35岁以下的科研人员占到80％。 到2020年前后建成空间站，中国载人航天三步走的规划折射出中国采取了稳扎稳打、符合国情的务实发展道路。这种精心规划甚至比精湛技术的提升更加难能可贵。 “中国精度”检验科技创新 ●神九展现的“中国精度”，是一个大合唱，检验着中国科技创新能力 ●中国科技正不断向各种高度、深度和广度延伸 创新路上，中国科技正不断向各种高度、深度和广度延伸。而“精度”的意义在于，它既是科技创新的目标，也是丈量科技创新质量的标尺。“中国精度”应该是一个大合唱，神九展现的“中国精度”，实质上是创新驱动的结果，更是不断追求创新的号角。 从速度中可以感受“精度”。2010年11月17日，国际超级计算机TOP500组织正式发布了第三十六届世界超级计算机500强排名，安装在国家超级计算天津中心的“天河一号”以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能位居世界第一。但“天河一号”的意义不仅仅在于速度，它已成为目前国际上获得广泛应用的最快的超级计算机，成为石油地震勘探数据处理、动漫渲染与影视特效渲染、生物医药数据处理、面向高端装备制造的工程产品设计与仿真等领域的“超级大脑”，实现了“中国速度”与“中国精度”的完美融合。 第三代同步辐射光源大科学装置，也是目前我国投资最大的国家重大科学工程——上海光源，如今已成为性能优异、精度极高的“超级X光机”和“超级显微镜”，为我国及全世界诸多学科的前沿基础研究和高新技术开发应用，提供了一个很先进又不可替代的工具，可以用来帮助从事生命、材料、环境、医学、药学、地质学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、医药、石油、化工、生物工程、医疗诊断等高技术开发应用的实验研究。 “以前用普通X光衍射，要做几天的工作，现在只需要20分钟左右的时间，可以说实现了质的飞跃。”中科院上海药物所沈旭研究员说，使用上海光源，他研究晶体结构的效率提高了数十倍。 美国有GPS全球卫星导航系统，中国有北斗。中国自主研制的北斗卫星导航系统，今年起进入组网高峰期，并已覆盖中国及周边地区的区域，到2020年左右形成覆盖全球的卫星导航定位系统。精度是卫星导航定位的生命。中国航天科工二院203所研制的5个批次10台星载正样铷钟，则为北斗系列卫星的精确导航定位提供了强大的“心脏”。这10台星载正样铷钟运行稳定可靠，为卫星提供了可靠的高精度频率基准，保证了卫星的定位精度和测速精度。 今年1月9日在太原卫星发射中心成功发射的资源三号卫星，目前已正式投入运行使用。作为我国首颗民用高分辨率立体测绘卫星，资源三号的交付使用，实现了我国民用测绘卫星“零的突破”。国家测绘地理信息局副局长宋超智说，资源三号测绘卫星极大地增强了我国独立获取地理空间信息的能力，能有效解决目前我国在相关领域应用中从国外大量购买卫星影像的被动局面，对于我国把握航天遥感影像获取的自主权，维护国家地理空间信息安全具有重大意义。 大事业，小刻度。犹如微雕艺术一样，在越小的刻度下，人们总是更加细心，更加冷静。在这样的心态下，“中国精度”雕刻出的中国科技将更加完美和多姿多彩。 来源：人民日报 “手眼通天” 神九相约天宫 “可上九天揽月，可下五洋捉鳖，谈笑凯歌还。”6月29日，随着执行我国首次载人交会对接任务的神舟九号飞船顺利在内蒙古主着陆场落地，中国人的喜悦与自豪在这一刻溢于言表。 作为我国第一批直接从事空间飞行器研制单位之一、位于甘肃兰州的中国航天科技集团公司五院510所，它的科研人员为“天神”的如期“相约”倾注了无数心血。 神九对设备的要求更高 510所承担了“天宫”和“神九”的仪表照明、结构机构、测控通信、热控、环控生保五个分系统的单机研制任务，涉及“天宫”的有21类47台（套），涉及“神九”的有30类40台（套）。相较于“神七”，“神九”有重大技术更改设备14台（套），新研设备21台（套），分占单机研制数量的35%和52.5%。 较之“神七”，“天宫”“神九”无疑对设备的功能、可靠性、技术要求更高：环境试验温度从原来的-15℃～50℃调整到-35℃～70℃，环境试验的时间也成倍增加；要求仪表设备显示更多数据信息，并增加了图形显示要求和人机交互，为了满足这些变化，“神九”、“天宫”都使用了彩色液晶显示器；为满足交会对接照明，舱外大功率LED照明设备照射距离需达到150米；舱门快速检漏仪也进行了重新设计。 热支持软管组件保证通风 天宫一号中目标飞行器实验舱内有一种通风设备，叫“热支持软管组件”，由热支持软管、导风锥、软管保护筒等组成，是510所研制的。实验舱内无人时，软管缩于保护筒内，实验舱的空气从软管前端的导风锥进入软管；“天神交会”后，航天员将软管从保护筒内拉出来，通过对接舱门将导风锥拉到飞船返回舱底部，空气从飞船的返回舱经热支持软管抽回到实验舱；人员撤离时，再将软管收回保护筒。这是一条可移动的通风通道，有手拉式解锁装置。 舱门检漏仪实现“一拖二” 510所研制的“神九”轨道舱前舱门快速检漏仪，可分时完成神舟飞船轨道舱前舱门和对接通道密封面漏率检测的双通道快速检漏，即同一台检漏仪既可以检测轨道舱前舱门、又可以检测对接通道的密封面，实现了“一拖二”舱门快速检漏。检漏时，一般要经过充气判断、严重超标判断和漏率检测三个阶段。检漏仪有遥测和程控功能，它内建双缓冲区遥测数据接口，保证了数据的可靠性；通过面板和下传遥测数据可同步监测漏率检测状态。 首台智能手持人机交互设备 编码指令设备作为“神九”人控智能终端，是手控设备的一部分，为航天员提供了必要的控制和操纵飞船的人机界面。其中，编码指令单元主机是编码指令设备主机部分，编码指令板是编码指令设备手持部分。这些都是由510所承担完成。 飞船编码指令设备是载人工程二期新增飞船设备，一期中无现成设备可借鉴，国外亦无同型设备。这是我国载人飞船首台智能型手持人机交互设备，具备友好的人机交互界面，同时实现了飞船手控设备向飞船总线的首次接入和高分辨率液晶显示屏在手控设备中的首次应用。这套设备涉及关系飞船及航天员安全的重要指令，设计中采取了冗余措施，具备高可靠性和安全性。 仪表板带减振器更可靠 仪表与照明分系统是飞船的一个重要分系统，它内部有大量仪器、仪表，如综合单元、综合显示屏、左面板、右面板、编码指令板、语音单元、舱压表、舱外照明电源等等。它们都需要有结构紧凑，布局合理，强度、刚度高，质量轻的仪表板结构件，并有准确、可靠的安全接口。主仪表板通过四个专门研制的减振器与返回舱相连，这样，仪表板能牢牢固定在返回舱舱壁上，而安装在其上的各种仪器仪表也能可靠、安全地工作。 “神九”仪表板结构件和仪表板减振器都是由510所研制的。整体框架式薄壁结构仪表板结构为各仪表设备提供了电磁屏蔽。有趣的是，“神九”仪表板减振器是用金属丝制作的金属橡胶减振器，用于仪表板与舱壁连接处的减振。它帮助仪表板上设备适应飞船不同飞行阶段的振动、冲击环境，改善仪表板上设备的工作环境，保证了航品的可靠性和使用寿命。 背后的故事 暗夜“启明星”引导“天神”交会 这是载人航天工程航天员手控交会对接任务的首次飞行，在“天神”相牵的时刻，是交会对接灯为航天员“擦亮”了双眼。而这，与510所科研人员的艰辛付出分不开。 以往国际上空间照明多采用金属卤素灯，真空封装，防爆性差，且灯体体积、布光难度较大。我国交会对接灯在国内外首次创新采用大功率LED作为聚光照明光源，克服了应用于飞船舱外恶劣空间环境的一系列关键技术。510所交会对接灯研制团队在经历了设计、仿真、样机试验、优化设计、再仿真、再试验以及若干次的评审讨论之后，最终确定采用适合LED的辐射散热结构设计、结构表面特殊热控涂层处理，低温工况温度主动补偿，产品外表面包覆保温材料的方式解决温度控制这个难题。 交会对接灯的设计必须能有效防护或减弱空间辐照，否则一旦交会对接灯失效，对接任务可能无法完成。团队成员反复更改材料、工艺和结构设计，才有了可抵御大部分空间辐照的灯体结构以及照明光学系统，并且完美的通过了特殊空间环境地面试验。 神舟九号飞船舱外大功率照明设备交会对接灯飞行试验成功，填补了国内航天用舱外聚光照明产品的空白，为我国载人三期空间站建设奠定了照明技术的基础。 为航天员装 上“手”“眼”“耳” 仪表显示系统是载人飞行器特有的系统之一，相当于航天员的“眼睛”、“耳朵”和“手”。510所载人机电室在神舟七号及其以前几艘载人飞船中就承担了仪表显示设备的任务。为了满足“天神”载人交会对接任务中对人机交互功能特点的需求，510所为神舟九号、天宫一号仪表设计了大尺寸、彩色TFT液晶显示器，替换以往使用的单色显示屏，为航天员及时、准确显示目标飞行器及载人飞船的各类参数信息、事件信息、时间信息以及事件灯窗等。这是载人航天器仪表设备中首次使用，技术难度非常大，没有现成可以借鉴的设计经验。对于该所平均年龄刚到三十岁的仪表显示系统研制队伍来说，这是一次巨大挑战。 “老胡”胡向宇并不“老”，也就35岁，但因为是团队里岁数最大的，就被冠以“老胡”的名号；老胡还有一个称呼叫“胡总”，因为他技术能力强，他所承担的天宫综合显示单元是“最难啃的骨头”。 这块“难啃的骨头”用到了DSP处理器、彩色液晶屏、1553B总线等新技术，每项新技术都不啻是一道难冲的“关卡”，而“老胡”他们没被吓倒。合理的技术分工之后，每个夜晚来临，这支团队的办公室和实验室就亮起了长明灯。 这支团队用了5个多月的时间就完成了原理性样机的研制，用了不到一年半的时间研制完成了原理样机到电性件、鉴定件、正样件产品。在这18个月的时期内，许多同志出差在外一、两个月，日以继夜的查阅文献资料与技术方案报告，许多人为了解决一个难题，通宵达旦地进行实验，他们编写的设计文档就有一千多份，最终只为了一个目标：用自己全部的心血和努力，去实现我国首次载人交互对接任务的圆满成功。 身先士卒的载人航天机电室主任李文新 2011年春节刚过，在510所载人机电室的低频实验室里，正紧张的进行着神舟九号飞船仪表设备正样件落焊后的出所测试，这是设备交付的最后一个关口。一个身影坐在几台手控设备前，正逐一进行着手控指令的通讯测试，他不是一名普通的测试人员，而是510所载人航天机电研究室主任李文新。 李文新承担了载人二期辅助仪表的研制和部分关键技术的攻关，组织完成了新一代辅助仪表原理样机、初样设备和正样设备的研制。其中，CAN总线作为新一代仪表总线已应用到神舟九号飞船和目标飞行器上。 原理样机研制初期，还没有一支专业化的软件队伍。李文新亲自上阵，开发完成总线节点能在严重干扰情况下自动恢复的CAN总线代码，并完成了3台仪表手控设备的软件开发和调试。在他手把手的指导下，4个当时不超过30岁的年轻人一步步成长起来。 身先士卒、同甘共苦是李文新的一贯作风。飞船仪表电性件联试时，组里的人还太年轻，李文新放心不下，跟着软件组一起去北京航天城参加分系统封闭联试。从早上八点半一直干到第二天凌晨一两点，甚至两三点，一连十几天，在现场帮助解决问题，直到联试顺利完成，才放心返兰。至今，软件组都没有人称他为李主任，而是叫他李老师，在他们心里，李文新是当之无愧的老师。 李文新二十年如一日把全部精力都放在工作上，可对自己、对家庭却极少关心和照顾。在他的带领下，载人机电室工作效率、研发能力和可持续发展力都得到了提升，圆满完成了载人二期的各项型号任务。2011年，该室获得了510所杰出团队奖中的最佳领导团队奖项。可是女儿考高中，他无暇顾及；老父生病，只能在电话中问候。 面对三期空间站相关任务的挑战，李文新再次勇敢地挑起了重担。面对采访，他列出的却是一长串曾为神舟九号研制做出了成绩和贡献的人员名单，他说，他们才是真正的功臣，而自己只是做了应该做的事情。 来源：兰州晚报 |
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