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510所载人航天机电研究室“全家福”
“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。