中国航天科技集团公司奋战神舟七号载人航天飞行任务纪实

神舟神箭耀天宇 太空漫步写传奇

2008年09月28日08:21  来源:人民网-科技频道

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  人民网科技讯:人类通往太空的路,艰难而漫长。在这个过程中,不仅需要勇气,更需要智慧;不仅需要挣脱地球的束缚,更需要在挣脱束缚之后,搭建起一个遮风避雨的家。在20世纪,在飞天的道路上,俄美先一步;在21世纪初叶,在这条路上,终于有了中国航天人的精彩亮相。

  2003年10月,航天英雄杨利伟把中国人千年飞天想变成了现实。

  2005年10月,英雄航天员费俊龙、聂海胜在太空的“家”——神舟飞船里生活了五天。

  当历史的大书一页页翻过时,这些闪烁着光芒的“航天明珠”总是分外引人注目。中国航天科技集团公司,在圆满完成神舟五号载人航天飞行和神舟六号载人航天飞行后,在“载人航天”领域,又迎来了一次新的挑战。

  2008年9月,三名航天员搭乘神舟七号飞船成功飞天,其中一名出舱进行太空行走。

  无论是挣脱地球束缚,把航天员送入太空的“神箭”长二F,还是在太空中航天员生活和出舱后重返的“家”——神舟七号飞船,都是由中国航天科技集团公司研制。

  载人飞船系统、运载火箭系统在载人航天工程的七大系统中凸现出了核心地位。长二F火箭将满载3名航天员飞行乘员组的神舟七号飞船发射升空后,乘员组中的2名航天员进入飞船轨道舱,身着舱外航天服完成出舱活动准备,他们中的1名航天员出舱进行了半个小时的太空行走,并完成预定的空间科学实验操作。

  中国航天科技集团公司承担了这两大系统的研制任务,在载人航天工程中发挥着举足轻重的作用。

  高层重视 顶层部署

  神舟七号载人航天飞行是一项庞大的系统工程。对于中国航天科技集团公司来说,飞船和运载火箭两大系统研制,犹如一个大兵团要同时面对两场决定全局胜负的战役。在这两场战役中,集团公司领导未雨绸缪,制定了正确的战略并有效实施,从而真正做到运筹帷幄而决胜千里。

  “神六”之后立即打响“神七”攻坚战

  2005年10月,神舟六号飞船发射圆满成功之后,中国航天科技集团公司立即将神舟七号飞船载人航天飞行的准备工作列入议事日程,当作全集团首要工作来抓。围绕“神七任务”,中国航天科技集团公司下属的中国运载火箭技术研究院、中国空间技术研究院、上海航天技术研究院等单位迅速反应,全面部署“神舟”、“神箭”的研制。从那时起,一场攻克“神七”任务的战役就已悄然打响。

  对于“神舟七号”飞行任务而言,最大的亮点无疑就是中国的航天员将首次进行出舱行走。中国航天人需要攻克“出舱技术”,让航天员安全出舱和返回。

  自1992年中央决定实施载人航天工程以来,我国已成功地进行了四次无人飞行和两次载人航天飞行。目前,该工程已被列入国家中长期科技发展规划,是十六个重大专项之一,受到了党中央、国务院和中央军委的高度关注。

  集团公司领导、集团公司总部和承担两大系统研制任务的所有单位,对“神七”任务高度重视,采取有力的措施确保神舟七号飞船的研制工作高效、有序地推进。

  2007年8月,马兴瑞开始担任中国航天科技集团公司党组书记、总经理,同时还担起了我国载人航天工程副总指挥的重任。神舟七号飞船这个备受世人瞩目的发射任务就摆在他的面前,让他深感肩上的担子更重了,责任也更大了。

  为强化组织领导,确保完成任务,集团公司党组决定成立“神七”任务领导小组,从顶层加强对这一任务的管理,对有关重大事项作出决策。专门成立“神七”领导小组,这在集团公司承担的历次载人航天飞行任务中还是首次。领导小组由马兴瑞担任组长,分管载人航天工程的副总经理袁家军担任副组长,成员为集团公司总部有关部门和有关研究院的主要领导。高层的高度重视和周密部署,让“神七”任务有条不紊地按照计划节点进行。

  因为载人航天活动极具挑战性和风险性,把航天员安全送入太空并保证其安全健康返回已经属于“科技领域上的皇冠”,何况“神舟七号”要实现太空行走。这是在天地往返技术基础上更上一层楼,难度极大,需要重新设计的系统很多,攻克出舱技术无疑是“皇冠上的明珠”。而用于发射神舟七号飞船的长二F火箭,也在原有的基础上,做了更加安全可靠以及更加舒适的设计。对于技术上的所有变动,马兴瑞一直保持着高度关注。

  2007年12月,“嫦娥一号”绕月探测任务刚刚完成不久,中国航天科技集团公司就立即召开神舟七号载人飞行任务动员会,拉开了神舟七号全面进入飞行准备阶段的大幕。在这次会议上,马兴瑞语重心长地说:“辉煌已成为历史,成功已成为过去,我们的前6次成功不代表神七任务的成功,一定要以平常心来冷静地对待曾经的辉煌,从容实现新的跨越,为中国的载人航天,为中华民族的伟大复兴做出我们新的贡献”。2008年1月,距这次会议仅仅相隔一个月,马兴瑞在中国航天科技集团公司召开的型号工作会上,给“神七”任务责任人颁发了责任令,并再一次向与会的各单位一把手们反复强调:神舟七号飞船的发射,是全年型号工作的重中之重,更是天字第一号任务,必须全力以赴,圆满完成。那一刻,会场鸦雀无声。

  同月,马兴瑞和袁家军还专门听取了飞船和火箭系统研制进展情况汇报,并对如何做好研制工作提出了具体要求。马兴瑞要求各有关单位要以神舟七号任务为重点,统筹兼顾好有关工作,飞船和火箭两总要深入钻研技术,真抓实干,集中精力,圆满完成神舟七号载人航天飞行任务。袁家军要求研制工作中要从归零、技术状态控制和测试覆盖性等方面突出载人航天的最高标准要求。

  2008年3月,集团公司组织各有关单位负责人、飞船与火箭总指挥、总设计师以及总部机关召开了“神七”任务座谈会,研究了任务的工作重点、难点、存在问题、解决措施,确定了集团公司“神七”任务工作目标和工作标准。为将载人航天工程打造成为精品工程,确定集团公司的工作目标为:“圆满完成神舟七号任务,成为系统工程管理的典范,显著提升研制队伍的作风和能力”。要求高标准做好工作,做到交付产品历史清楚、清白,数据包完善;不可测试项目生产工艺保证到位,项项有保证措施;复核复算和试验验证充分,消除疑点;质量问题归零及时、彻底,逐级把关;系统间联合试验充分、有效,接口匹配、正确;表格化管理全面、规范。

  在马兴瑞的日程表中,“神七”是摆在首位的关键词。在飞船、火箭的研制、测试现场,他多次前往了解情况、听取汇报并提出工作要求。飞船、火箭的关键环节、重要节点,他都亲临检查指导;飞船、火箭出厂前后,他更是不辞辛劳地转辗在北京、西安、酒泉等地,了解前后方的工作进度、难点以及解决方案。

  与以前的任务相比,“神七”任务无疑是一次“大突破”。马兴瑞对研制队伍提出了高标准完成任务的要求。针对“神七”任务特点,他要求吃透技术并充分验证,在认真做好各种测试、试验的基础上,进一步把工作做细。

  在此过程中,过去一些原本不影响飞行任务成败的小问题也被“挖掘”出来,得以从更深的层面去“刨根问底”,比如软件测试,有的东西用眼睛是无法看到的,指令发出三次,为什么只执行了两次?看似不起眼的小问题,这一次都在“精益求精”思想的指导下一一解决。

  船、箭专家组发放“通行证”

  集团公司总部对神舟七号任务的管理采用高效的专项管理模式,由集团公司载人航天工程办公室统一集中管理研制和基建技改等工作。

  飞船、火箭研制专项评审是“神七”任务中一个重要环节。针对任务的特点,集团公司总部优化了评审程序,提高了评审的有效性。集团公司要求“两总”系统把问题想充分,专家组提前、全面介入。针对飞船轨道舱泄复压专题、降落伞连接分离机构技术状态更改、关键单机产品技术状态复查和火箭以前飞行中遗留的异常现象,集团公司分别与飞船系统和火箭系统组成联合专家组,提前并深入介入,保证了评审的有效性。集团公司责成各院对神七任务的船、箭出厂前技术状态更改、软件、元器件、可靠性安全性、质量问题归零等五方面组织专项评审,集团公司总部专门对质量问题进行评审。

  在成立“神七”任务领导小组的基础上,集团公司又成立了“神七”任务试验大队,对参加此次飞行试验任务的多家单位实行集中统一管理。试验大队由袁家军担任大队长,飞船和火箭“两总”及其他有关人员任委员。在“各司其职”、“逐级负责”的体系下,神七任务有条不紊地按照各个时间节点稳步推进。

  2008年7月1日和7月19日,神舟七号飞船、长二F火箭出征仪式分别隆重举行,这意味着满载全国人民希望的“神舟”、“神箭”踏上了出征之旅。出征仪式现场既庄重肃穆,又激情飞扬。马兴瑞总经理亲自把两面代表国家责任的大旗分别交到了飞船总指挥尚志、火箭总指挥刘宇手中。袁家军副总经理对“神七”队伍做出殷殷嘱托,并提出了“保任务、创精品、争先锋”的九字要求。他一向强调要把“神七”当成集团公司的精品任务来抓。飞船总设计师张柏楠、火箭总设计师荆木春分别代表发射试验队做出了庄严承诺:确保神舟七号飞行任务圆满成功!

  “出舱行走”带来飞船全新升级

  在中国航天科技集团公司的坚强领导下,科研人员向神舟七号飞船的技术高峰奋力攀登。

  与以前的神舟飞船相比,神舟七号最大的不同是航天员将出舱进行太空行走。

  具体过程可以概括如下:飞船满载3名航天员飞行乘员组发射升空,乘员组中的2名航天员进入飞船轨道舱,身着舱外航天服完成出舱活动准备,其中的1名航天员出舱进行太空行走,并完成预定的空间科学实验操作。这一过程意味着,“神七”绝不是“神五”“神六”的简单重复,而是有着极大的技术跨越。

  “出舱行走”,虽短短的四个字,却需要进行一系列的新技术。作为神舟七号飞船研制的抓总单位,中国航天科技集团公司空间技术研究院的科技人员进行了一系列的创新和攻关。根据任务的要求,“神七”在设计上较之前的飞船进行了多项改动,三年中进行的各种试验达80多项。增加气闸舱功能、舱外航天服支持、相关出舱程序设计、首次三人满载返回等都属于“神七”研制的关键环节。

  气闸舱:一舱两用省空间

  相比以前的飞船,“气闸舱”首次亮相可谓最浓墨重彩的一笔。要完成太空行走,必须在飞船上增加“气闸舱”的功能,这也是“神舟七号”最大的亮点。根据飞船的总体设计,这一功能由飞船的轨道舱来实现。

  “神六”上的轨道舱仅是航天员在太空中的生活舱,航天员的工作和生活都在这个舱段进行。而到了“神七”,轨道舱要一舱两用,使其成为生活舱和气闸舱的结合体。所以这个舱段对“神七”来说是一舱两“名”,根据其支持航天员太空生活的功能,称作“轨道舱”;根据其支持航天员出舱行走的功能,称作“气闸舱”。三名航天员中的两名,从返回舱进入气闸舱后,返回舱关闭,气闸舱就变成了密闭的容器。两位航天员就在密闭的气闸舱内互相帮助穿上舱外服,完成吸氧排氮,随后进行泄压后打开气闸舱通向飞船外的舱门,一名航天员进行舱外行走,结束后再按照相反程序返回。“气闸舱功能”包括增添了舱内气压泄除和恢复系统,舱内有线和舱外无线的出舱活动通信系统,出舱活动操作显示界面、照明和摄像装置,舱外航天服接口支持系统等。添置这些新功能后,轨道舱的空间比以前小了一些,但经过精心设计,航天员在其中的空间活动还是可以得到最大的满足。

  舱外航天服支持:出舱活动更便捷

  轨道舱对舱外航天服提供的支持包括电、机械、热等几个方面。电支持有服装供电、通信传输、数据传输等,要通过电脐带满足有线连接,通过无线发射机完成无线连接。热支持要满足舱外航天服内热控稳定,除服装自身的热控制以外,轨道舱需要对其提供一定的热能支持,以控制舱外服的热状态。轨道舱内还增加了航天服的穿脱架,相当于地面上的架,用于挂住航天服以利于航天员的穿脱动作便捷。为了满足航天员穿脱舱外航天服的需要,研制人员对轨道舱特意进行了舱外服穿脱空间布局,气闸舱内设计了一些扶手、脚蹬器之类的设备,以帮助航天员完成舱外服的穿脱等动作;出舱后的支持设备集中在便于操作的区域,以利于航天员各项动作的完成。

  为了将航天员舱外行走的壮举及时准确清楚地传回地面,展现航天员舱外行走的英姿,神舟七号飞船在前端和后端分别加载了一台舱外摄像机,能够通过两路图像实时观察和传输航天员舱外行走的情形。“神七”上还增加了为航天员在舱外行走提供光条件的照明设备。

  出舱程序设计:重视细节保平安

  出舱程序的设计是保障航天员完成行走的重要环节。由于舱外的环境比舱内环境要复杂得多,按照满足舱外服约束条件,同时保证航天员能够顺利完成出舱程序的原则,神舟七号飞船总体系统设计了分为四个阶段的正常出舱程序,设计了七个关键事件点并保证这些事件点全部都在地面测控范围以内。

  为了保证航天员舱外行走在连续的测控波段范围内,同时还要在光照条件下以便于图像传输,研制人员特意将神舟七号飞船设计为在晚上发射,航天员在白天出舱行走,飞船在白天返回。这样设计发射时间,可使航天员出舱时间在阳照区,航天员出舱进行太空行走的活动都会被观察得一清二楚;飞船白天返回,不仅便于对航天员的搜救,也便于飞船回收试验队及时对返回舱进行快速处置。

  除此之外,飞船总体系统还设计了4个应急处理程序和30个出舱故障预案,确保航天员的生命安全以及飞船安全返回。

  航天员生命安全重于泰山

  确保航天员的生命安全是神舟七号载人航天飞行任务的重中之重。为保证“神七”发射成功和航天员安全回家,设计人员强化安全意识,不断改进思路,优化设计。在“神七”研制过程中,设计师们非常讲究“安全设计”,哪怕是个细微之处,哪怕是几经验证过的技术,他们也要追求万无一失。

  座椅提升体现“绿色”理念

  在“神五”“神六”返回舱里的座椅都采用火工品爆燃提升的设计,而在“神七”返回舱座椅的设计上一改“从前”,设计人员考虑到尽管飞船的密封性已经万无一失,但是座椅下的一个压力燃气包里的有害气体万一要是发生泄露,后果不堪设想。为了保证3名航天员安全返回,最终确定了用“压缩空气”来取代燃气,并相应地增加了一套“气源组件系统”作为动力源。座椅的提升原理没有变化,只是工作介质采用了安全的气体——压缩空气,这意味着即便发生泄露,也不会对航天员的身体产生任何不利的影响。

  小小舱门责任大

  飞船的舱门历来被称为“生死之门”,也是研制者关注的焦点之一。无论是航天员出舱进行太空行走,还是返回轨道舱,关好舱门都非常重要。杨利伟首次上太空时,不存在开关舱门的问题;费俊龙和聂海胜再次进入太空,在轨道舱和返回舱中活动,仅仅需要开关一个舱门。而“神七”的任务涉及航天员出舱行走,在执行任务过程中,需要开关好两道舱门。亲身经历过太空飞行的航天员深有体会,开关好舱门,看似简单,实际要完成多项步骤。“神七”上的航天员开关舱门时,要完成开保险锁、开关转动手柄、拉开舱门、给舱门套上保护罩等一套规定动作。

  考虑到航天员身着出舱航天服,充压后服装体积会增大,因此设计者把“神七”的通往太空的舱门通径变大了,由“神六”时的750毫米加大到850毫米。在沿用了“神六”舱门的工作原理和设计形式等成熟技术基础上,还进行了十多个项目的改进设计。特别是在主传动链设计上,只要有一个尺寸变动,整个舱门设计尺寸都要随之变动,设计人员为此设计出了80多张图。

  舱门打得开、关得上、密封可靠成为三个非常重要的环节。太空环境直接影响到开关舱门,特别是在真空、失重等太空环境下,将舱门打开,并不像地面开关门那么轻而易举。而且舱门若不能保证密封,轨道舱内就无法复压,这意味着两名航天员将无法脱掉舱外航天服,不能回到返回舱。

  要百分之百地保证舱门打得开、关得上、密封可靠,必须在地面做真空和高低温环境下的试验验证。2004年,设计人员特意研制了真空热环境舱门开关装置。舱门专用的“真空罐”里,设置了开关舱门的机构,像个机械手在模拟航天员的操作。设计人员为了获得舱门在更为恶劣的太空环境中的数据,在真空环境中,还把温度拉偏到零下45度和零上45度。研制人员通过计算,获得了试验验证数据。自2005年起,研制人员对生产出的舱门和开关机构进行了大大小小的各种试验达数十次。低温环境对舱门开关影响最大,设计人员进一步对舱门进行可靠性试验,在零下20度的低温环境下打开舱门的动作反复做了数百次,得出了可靠数据。

  气瓶“穿衣”防不测

  “神七”发射升空后,飞船将在350公里的高度绕轨道漫游,也就是在这个轨道高度,出舱的航天员要进行30分钟的太空行走。同时航天员还要将一颗小卫星释放伴飞,上演一部人、星、船太空翩翩起舞的大戏。根据任务要求,设计师们对飞船外观作了不少新的改进。取消了以往飞船上的留轨功能和附加段,还取消了飞船上的一对太阳帆板,通俗地说过去看到飞船上的四只翅膀,在“神七”上只有两只了。

  被释放的小卫星位于轨道舱前端,离5个复压气瓶近在咫尺,如果释放小卫星时爆炸螺栓产生碎片,就会像子弹一样打到气瓶身上,一旦气体泄漏,后果不堪设想。为了确保航天员的安全,确保神舟七号飞船的安全,飞船研制人员“奇思妙想”,特意为安装在轨道舱外的5个复压气瓶穿上了“防护衣”。

  “防护衣”背后也有鲜为人知的故事。研制人员初步选定了五种用于制造防弹衣的防护材料。为更好地检验材料在真空环境下的技术性能,带着这些备选的材料,研制人员专程到有关研究单位进行真空可凝挥发、真空质损等多种试验。经过对试验结果的反复比对,研制人员优中选优,最终确定了保护罩的材料。以前设计制作的防弹衣都是给人穿的,做生物损伤试验时也给动物穿过,但给球状物体设计衣服还是头一回。研制人员拿出几套设计方案,最终瓜瓣型设计方案获得大家一致认可。为了保证防护衣与气瓶配合“默契”,研制人员从打样、修改到试穿,反反复复,不厌其烦。样衣做出来了,安全性能格外引人关注,为此,研制人员多次进行实弹打靶,现场分析,终于获得了可靠数据。

  长二F改造:使“乘客”更加安全舒适

  载人航天工程的另一大系统——运载火箭系统,由中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院为主研制。用于发射神舟七号飞船的长二F火箭,与发射“神舟六号”时的火箭相比,技术状态原则上保持不变,只是为了提高可靠性和舒适性进行了局部的改进。为了提高可靠性和舒适性,长二F进行的两大技术攻关,分别是“8Hz”问题和“415s”问题。

  从杨利伟的不适改起

  2003年10月,航天员杨利伟搭乘“神舟五号”升空时,曾在一个短暂的时间内感到非常不适。长二F火箭研制人员在了解到这一情况后,立即分析数据查找原因。数据分析显示,火箭在上升期间曾出现过短暂的共振现象。为此研制人员对发射“神舟六号”飞船的长二F火箭进行了改进。“神六”上的航天员没有产生特别的不适感,但技术人员通过对遥测数据的分析,发现火箭从起飞126秒开始还是出现了逐渐增大的纵向单频振动,频率约为8Hz (以下称为“8Hz”振动)。如果这一问题不解决,“神七”上的航天员还有可能产生像杨利伟那样的感觉。因此,火箭系统“两总”系统决心在发射“神七”的火箭上解决这一问题。

  经过进一步分析,研制人员发现“8Hz振动”现象是助推器动力输送系统导致的比较典型的纵向耦合振动。火箭“两总”组织研制人员对“8Hz”问题进行了深入的理论研究。为抑制这一现象,开展了稳定性分析方法研究和振动抑制设计工作,确定了使用变能量蓄压器来抑制振动的方案。为验证分析结论和所采取措施的有效性,型号队伍分别进行了变能量蓄压器研制试验、管路试验以及点火控制线路验证试验;根据确定的改进方案,完成了新蓄压器以及点火控制线路的设计、生产和总装测试。

  增压管路铝改钢

  长二F 第六发火箭成功发射后,型号队伍在后续遥测结果分析时发现火箭飞行至415秒附近时出现异常现象,二级尾舱热环境参数出现较大幅度跳变或趋势转折,姿控系统、箭体轴向加速度以及动力系统等部分参数也在这一时段内出现了一定的变化。

  为了解决这个问题,在两年半的时间内,研制者组织国防科大、中科院等单位开展了理论研究。经过研究,发现了在415s过载和加速度的跳动现象,得到了正常飞行不会产生这种异常现象的结论。但是,为了确保万无一失,火箭“两总”系统还是决定进行改进。经过真空喷流试验,确认415秒现象是由增压管路故障造成的。为此,火箭“两总”系统组织设计了二级增压管路铝改钢的技术方案,进一步提高了火箭的可靠性。

  经过中国航天科技集团公司飞船和火箭研制者艰苦卓绝的攻关,神舟七号飞船载人航天飞行任务按计划有条不紊地实施着。2008年9月27日,凝聚着13万中国航天科技集团公司员工智慧和汗水以及承载着13亿全中国人民殷切期望的神舟七号飞船和长二F火箭与航天员圆满完成了太空漫步的任务。中国航天员漫步太空的画面传遍世界的每一个角落。它庄严宣告:中国的神舟、神箭珠联璧合、不辱使命,完成了载人航天工程第二步第一阶段的战略任务,同时也为未来的空间交会对接、空间实验室奠定了坚实的基础。

(责编:顾爽(实习))
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