從出徵到在軌,哪些「神器」保障航天員安全?

新京報 發佈 2022-11-30T14:31:29.046268+00:00

11月29日,長征二號F遙十五運載火箭托舉神舟十五號載人飛船順利起飛,護送費俊龍、鄧清明、張陸3名航天員進入太空,圓滿完成了中國空間站建造階段的最後一次發射任務。

11月29日,長征二號F遙十五運載火箭托舉神舟十五號載人飛船順利起飛,護送費俊龍、鄧清明、張陸3名航天員進入太空,圓滿完成了中國空間站建造階段的最後一次發射任務。神舟十五號載人飛船與形成「T」字基本構型的空間站組合體成功對接後,我國首次實現空間站6個型號艙段組合體結構和6名航天員在軌駐留。

火箭逃逸救生系統。資料圖片/航天科技集團四院供圖

「生命之塔」讓航天員放心出征

在神舟十五號飛船發射任務中,中國航天科技集團有限公司四院承擔了被譽為航天員「生命之塔」的火箭逃逸救生系統的全部動力裝置、神舟飛船的全套結構密封系統等產品的研製生產任務,分別應用於火箭和飛船系統,全程為空間站建設護航。

記者從航天四院獲悉,該院研製的產品涉及「箭、船、站、服、員」五大系統,為航天員長期在站工作生活提供安全和生活保障,讓駐守在「太空家園」的航天員安心工作。

由於頭頂標誌性形似「避雷針」的裝置——火箭逃逸塔,長征二號F火箭成為長征系列家族中辨識度最高的一款火箭。其逃逸系統由大小10台發動機組成,全部由航天四院研製。

據介紹,逃逸系統全部採用固體火箭發動機,具有瞬間產生巨大推力的特點,被形象地稱為火箭上的「救生艇」。逃逸系統由低空和高空兩組發動機組成,分別承擔從火箭起飛前30分鐘到起飛後120秒,起飛後120-200秒左右兩個時間段內的救生任務。

第一階段為低空逃逸,救生任務主要由逃逸塔完成,被稱為「有塔逃逸」。逃逸塔由大小6台固體發動機組成,包括1台逃逸主發動機、1台分離發動機和4台偏航俯仰控制發動機。在火箭起飛前30分鐘到起飛後120秒內、飛行高度39千米以下時,如果發生危及航天員生命安全的重大故障,逃逸主發動機會按指令點火工作,配合偏航俯仰控制發動機,像拔蘿蔔一樣,將航天員乘坐的軌道艙、返回艙從火箭整流罩中拖拽到1500-2000米外的安全區域,再通過攜帶的降落傘減速,安全著陸。如果這一階段火箭飛行一切順利,120秒後分離發動機會點火工作,實現逃逸塔與箭體的自行分離。低空階段的護航任務順利完成。

第二階段為高空逃逸,救生任務主要由安裝在飛船整流罩上的4台高空逃逸發動機完成,被稱為「無塔逃逸」。火箭飛行時間120-200秒、飛行高度39-110千米之間,一旦逃逸系統檢測出火箭發生了威脅航天員生命安全的重大故障,逃逸系統會自動發出,或者航天員和地面工作人員手動發出逃逸指令,高空逃逸發動機就會點火工作,完成救生任務。其間,如果火箭飛行一切順利,200秒後,高空逃逸發動機會與整流罩一起與箭船分離。至此,發射階段的護航使命就全部完成。

自1992年中國載人航天工程正式開展以來,航天四院研製的火箭逃逸救生系統固體發動機隨同長征二號F火箭一起,先後參加了從神舟一號到神舟十五號的多次無人、載人飛行和交會對接任務,助力完成了歷次完美飛行。

空間站密封材料。資料圖片/航天科技集團四院供圖

艙體密封件能經受-70℃~200℃高低溫交變

在外太空環境下,密封性能是飛行器的關鍵。動、靜結構與機構的密封構成了飛船、空間站的艙體結構密封系統,對隔離艙體與外層空間、支撐艙內安全獨立的生存環境起著至關重要的作用。

航天四院相關負責人介紹,由於外太空的複雜環境,要求密封件在高真空、高低溫交變、紫外輻照、帶電粒子輻照和原子氧侵蝕、組分容易揮發等特殊環境下使用不產生降解、老化和龜裂等,始終保持可靠的密封性能。另外,由於艙內載人環境的特殊要求,密封材料還必須具有極低的揮發性且無毒、無污染。

未來,航天員將在空間站中長期駐留實驗,必須保證艙內壓力、溫度、濕度、氣體成分等航天員生存條件。除了密封性能要安全可靠,還要求密封件材料安全無毒,能經受住-70℃~200℃高低溫交變等各種空間複雜環境的長期考驗,可安全使用30年。

經過試生產,航天四院研製的密封件尺寸精度完全滿足要求,尺寸超差範圍不超過0.01毫米,相當於頭髮絲的1/5。選用的每種材料都經過了近百次的試驗驗證,確保其安全性能。生產的高性能密封樣件,達到國際同類產品水平。

此外,在神舟十五號飛船發射任務中,航天四院42所承擔了艙外航天服上所有橡膠件的研製與生產。該所為航天員量身定製的艙外航天服橡膠件主要包括三類產品,分別是艙外航天服主氣密層、手套橡膠件、連接處密封件。

其中,主氣密層涉及肩、肘、臀、膝、踝等多個活動關節,為航天員在太空超低溫條件下靈活出艙活動提供必要的基礎防護;手套橡膠件是航天員艙外航天服手套的重要部件,能夠為航天員進行艙外作業時提供靈活操作功能和必要的防護;連接處密封件能夠耐受空間環境,既確保密封嚴絲合縫,又確保了航天服關節靈活自如。

據介紹,該系列橡膠件具有高強度、高抗撕、耐高低溫交變等性能,空間環境適應性良好,採用材料無毒、無污染,各項空間環境耐受性能均達到國外同類材料水平,滿足空間飛行器衛生學標準的要求。

航天員艙外航天服手套。資料圖片/航天科技集團四院供圖

艙載醫監設備擔任航天員的「私人醫生」

在本次任務中,中國航天科技集團有限公司九院為飛船和火箭配套生產了專業多、數量大的智能產品,為任務圓滿成功發揮了關鍵作用。

航天員進入太空後,真正的考驗才剛剛開始。據航天九院介紹,飛船每90分鐘就繞地球一周,相當於地面上一個晝夜。而人體由於長時間待在地面上,已經形成了固定的生物鐘。試想一下,突然把人體的生物鐘撥快16倍,將是怎樣一種情況?此外,在太空中微重力的影響下,人體的方位感蕩然無存,要比暈車還難受百倍。

在這樣複雜惡劣的環境中,航天員的健康一旦出現狀況,又沒有醫生現場治療,該怎麼辦?為此,航天九院771所研製了一種艙載醫監設備,它是飛船航天員生理信息測量系統的數據處理中心,擔負著航天員「私人醫生」的重要角色。

該設備可實時全程監測航天員在飛行過程中的心電、心率、呼吸、體溫、血壓等數字生理信息數據,在飛行期間對航天員進行醫學監督及醫學保障。通過遙測和通訊裝置,將檢測到的信息傳送到地面,供地面醫務工作者觀察、分析,指導航天員應對突發的健康狀況。

據介紹,航天員在飛船中活動頻繁,人體血壓、脈搏等弱信號的採集比較困難,所以與一般醫用監測儀器相比,艙載醫監設備除了要高可靠和安全外,還要具備檢測、存儲、傳輸和處理的功能,信號要通過多種通道傳輸到主機儀表和裝置,實現對航天員全面有效的醫學監督。

此外,航天員在太空中生存並進行科研試驗活動,一個舒適安全的工作和生活環境至關重要。這就需要航天九院771所為神舟飛船配套的環境控制和生命保障數據處理裝置。

該所相關負責人介紹,環控數據處理裝置是載人飛船環控與生保分系統的數據採集、處理和控制設備,負責採集飛船內的環境參數和生命保障參數,通過對參數的處理運算,準確控制各類動作部件的調節,保證飛船艙內維持合適的氧氣濃度、溫度和濕度等。

新京報記者 張建林

編輯 白爽 校對 陳荻雁

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