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LED照明设备点亮“神舟十一号”飞天之路

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10月17日黎明的酒泉卫星发射基地,长征二号f遥十一火箭毫秒不差、一飞冲天,在万众瞩目下将航天员景海鹏和陈冬随同神十一载人飞船送入万里长空。“神舟”舒展太阳翼,追逐着中秋月圆之夜升空的天宫二号轨迹,将于两日内“牵手”距地393公里近圆对接轨道上翩跹独行的“天宫”,在510所主研的舱内、舱外灯柔和的光影中,“携手”同行30天。飞船编码指令设备、舱门平衡阀、手动充放气阀、舱门快速检漏仪、外回路液路温度传感器、仪表板、手持操纵棒、手控右舱壁单元、舱内/外照明设备、综合显示单元、时间单元、国际救援示位标……看到这密密麻麻的专用仪器设备术语,读者在视觉上估计已经难以“招架”,而这还只是兰州空间技术物理研究所(510所)为保证“天”“神”顺利交会对接及后续任务所研制设备的不完全统计。

  手控设备及显示仪表国产化率接近100%


  神十一载人飞船与“天宫二号”的交会对接中,航天员都会用到510所研制的编码指令单元、综合显示单元等手控及显示仪表,舱门检漏仪、平衡阀和照明系统等大量设备。此次,神十一编码指令设备大量应用近两年器件国产化成果代替进口器件,使设备可靠性进一步提高,且设备国产化率接近100%。在研制过程中,510所科研人员为了验证一个通讯口协议软件设计的合理性,设计不同实验进行了上千万字节的测试,当测试完成并且未出现1位数据错误时才确定了该设计的可行性。而像这样的例子不胜枚举,所做的一切都是为了验证充分、吃透技术、稳妥可靠。

  当航天员着航天服被束缚在座椅上时,既可用类似多功能按键“游戏手柄”的开关指令板向被控设备发送手控指令,也可以使用手控右舱壁单元发送手控指令。而座椅和仪表板之间的相对距离超过了航天员手臂可达范围。所以“神舟”上有专门为航天员配备的可伸缩使用的手持操纵棒,用它可以直接对仪表板上的部分开关及按钮操作。

  舱内照明设备和交会对接照明设备使用led光源

  神十一在浩瀚的宇宙遨游过程中,会周期性地经过地球阴影区,此时会经历很长时间的黑暗,影响在轨任务的顺利完成。飞船舱内照明设备和交会对接照明设备,不仅为航天员提供了舱内工作、生活照明,还为载人飞船与空间实验室在阴影区的交会对接提供了摄像辅助照明。

  “在太空,如果直接采用生活中常用的白炽灯、节能灯,估计在飞船上还没用几天就熄火了。飞船上究竟采用了什么光源?神十一飞船舱内照明设备(近距离泛光照明)和交会对接照明设备(远距离投光照明)使用led光源,也就是固态照明光源。”承担这一设备研制任务的航天科技集团五院510所产品主管设计师杨军说。

  他指出,载人飞船有了舱内照明设备和交会对接照明设备后,当飞船进入地球阴影区时,航天员在舱内仍然可以正确判读仪表,手动操作各种开关,再也不会误打误撞了,飞船与空间实验室交会对接也多了一份成功的保障。

  载人飞船都离不开的“小门神”

  返回舱平衡阀位于神舟系列飞船返回舱舱门上,前舱门平衡阀安装在神舟系列飞船和天宫系列前舱门和目标飞行器前舱门门体,都是用于平衡两个舱段之间的压力,保障了航天员的穿舱活动安全。舱门快速检漏仪用于舱门关闭后和对接机构对接后对接面的气密性检测。当舱门或对接面出现泄漏时,压力变化比较快速和明显,利用这一特点,舱门快速检漏仪可以将气体压力采集精度控制在十几帕,在8分钟内快速给出准确测试结果。神十一轨道舱前舱门快速检漏仪继承了从“神舟八号”开始定型的载人二期设计状态,可一机多用。目前,舱门快速检漏仪已成为载人航天飞行器的“标配”设备,为航天员舱内活动提供坚实的安全保障,套用上映不久的国产动画电影《小门神》,舱门快速检漏仪可称得上是载人飞船的“小门神”。510所董义鹏说,飞船舱门气密性在轨检测技术及产品已多次获得全军和甘肃省内科技奖励。未来几年,中国在太空中建设空间站的征途上,舱门快速检漏仪将继续发挥“门神”的作用,为载人航天飞行器保驾护航。

  在热控分系统中,510所丁成斌等人研制的外回路液路温度传感器也是非常重要的“小东西”。它安装在运输飞船外回路上,处于非密封舱段推进舱,用来测量流体回路的温度,将温度信号转换为电信号。这种反馈信号为热控分系统乃至飞船的温度控制提供了直接依据,从而间接保证了飞船舱内处于均衡的温度环境,为飞船系统的正常工作和平稳运行提供了保障。

  飞天的炉子已炼出6样宝贝

  “天宫二号”已是真正意义上的空间实验室,要开展的空间科学与应用项目也是载人航天历次任务中最多的一次。而在交会对接任务完成后,航天员进入其中,真正需要神十一宇航员手动参与实验并带回样品的只有两项实验:空间综合材料实验炉和高等植物培养箱相关实验。其中,俗称为“炉子”的新一代空间实验有效载荷——空间综合实验炉,就是510所的“杰作”。

  《西游记》中,孙悟空被太上老君的“八卦炉”炼了个“七荤八素”,才炼成金子心肝,银子肺腑,铜头铁背,火眼金睛。西游中大部分顶级装备(比如金箍棒、九齿钉耙和紫金铃)都出自八卦炉。而今,从人间上了天的“炉子”又有哪些妙用?

  据510所宇航机电产品事业部负责该项目的张正军介绍,空间综合材料实验炉作为空间材料制备的重要手段,通过加热炉对半导体材料、复合材料及超导材料在900℃左右的高温下制备。因为在空间微重力、超高真空、超净的条件下,制备出的材料将会非常均匀。“美国在其空间站中制备的某半导体材料,每次仅能制备200多克,但以这种材料切出的一个芯片,就抵得上一台超级计算机!”所以,将来的空间材料制备成熟后,极有可能为“空间工厂”打下良好铺垫。

  “通俗讲,‘炉子’内部结构就像一支‘左轮手枪’加一根电炉丝。每支枪管内的样品大概200毫米长、16毫米粗。”张正军说,早在“天宫二号”上天之前,在地面就已将科学家筛选出的18种材料中的6种装进“炉子”样品管理单元,即“左轮手枪”的“枪管”内。10月8日,这6种材料已经制备完毕。景海鹏、陈冬进入“天宫二号”后,将打开“炉子”,取出这6种材料,再装进第二批6种材料制备;待宇航员返回时,再取出第二批的6种材料,放入最后6种材料。前两批共12种样品将由宇航员带回地面供科学家分析。第三批的6种材料则作为“空间工厂”的一种探索,是否取回还未有定论。


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