与神舟六号飞船的零距离接触

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  2005年10月17日,中国航天员费俊龙、聂海胜乘神舟六号飞船完成了环绕地球76圈的辉煌之旅,在内蒙古中部地区圆满着陆,中国载人航天工程又一次取得了圆满成功。消息传来,神舟飞船的摇篮——中国空间技术研究院一片欢腾,科技人员为打造出高可靠、高品质的神舟六号飞船,托举起英雄的航天员而自豪。
  
  神舟六号载人航天飞行有什么意义
  
  我国载人航天工程实行“三步走”的发展战略。神舟六号载人航天飞行是在神舟五号飞船实现了我国载人航天技术的历史性突破,解决了载人航天的基本技术的基础上的一次承上启下的重要飞行任务,神舟六号载人航天飞行任务的圆满成功,标志着我国载人航天工程一期工程目标的胜利实现,也为实现第二步战略目标奠定了基础;载人航天最终的目的是将人类送入遥远的太空之中,其中首先要解决的就是天地往返的运输工具,神舟六号载人航天飞行,验证了我国神舟飞船作为天地往返系统的可靠性,积累和丰富了载人飞船研制经验;探索宇宙奥秘,开发空间资源,必须提高人在太空环境中长期生存的能力,神舟六号飞船是我国一次真正意义上的有人参与的载人航天飞行,它的圆满成功,将对于摸索航天员长期在太空工作、生活的规律积累经验,为我国以后的载人航天活动打下了基础;通过航天员在神舟六号飞船上的科学实验,加深了对太空的认识,对于推动空间科学研究工作的深入开展,加速太空资源的开发利用,将起到积极的促进作用。
  


  在今后中国载人航天的飞行中,航天员在太空活动的天数将大大延长,科学实验项目将不断增多,经过不懈的努力,中国必将实现载人航天工程的第二步、第三步发展目标,中国人在通往太空的征途中,一定会走得更加遥远,茫茫太空中,一定会留下中国航天更加优美的航迹。
  
  神舟六号飞船载人航天飞行的7项任务
  
  2004年6月,中国载人航天工程办公室正式下达了神舟六号飞船的任务,确定神舟六号飞船将于2005年下半年发射,其任务是进行2人5天的太空自主飞行,航天员进入轨道舱工作和生活,同时,飞船将搭载有效载荷进行太空科学试验,航天员太空工作结束后,神舟六号飞船轨道舱将继续留轨进行空间应用试验。
  


  归纳起来,神舟六号载人飞船系统此次载人航天飞行共有7项任务:①完成2人5天载人太空飞行任务;②在整个飞行期间为航天员提供必要的生活与工作条件;③为搭载的有效载荷提供相应的实验条件;④确保航天员在完成飞行任务后,安全返回地面;⑤在飞行过程中,一旦发生重大故障,在其他系统的支持下和(或)航天员的参与下,能自主或人工控制返回地面,并保证航天员的生命安全;⑥飞船轨道舱留轨进行空间应用实验;⑦完成空间科学实验装置搭载试验。
  
  神舟六号飞船的结构与舱段
  
  为完成多人多天的太空飞行任务,神舟六号飞船在前5艘飞船,特别是神舟五号飞船的基础上,进行了适当的改进,技术更加可靠,功能更加齐全。
  神舟六号飞船的结构布局
  神舟六号飞船由推进舱、返回舱和轨道舱三舱组成。飞船总长约8米,舱内航天员活动有效空间为5.5立方米,总重量约8000千克,整船由13个分系统和供配电及电缆网系统组成,设备600多件,元器件近10万只。
  神舟六号飞船在发射场技术区以垂直状态进行总装测试、箭船对接测试后垂直整体运至发射工位,远距离测试和发射控制。
  


  在测控通信系统的协同下,飞船具有遥测、双向通话、数据和下行动态实况彩色电视传输及时间校对功能,在临射前及上升段飞行时,飞船具有逃逸救生能力。
  神舟六号飞船具有变轨和轨道维持能力。其轨道舱留轨期间,在地面测控网的配合下,具有重新定向的功能。
  
  神舟六号飞船的舱段
  
  轨道舱:轨道舱位于飞船前部,为密封舱结构,外形为两端带有锥段的圆柱形,后段与返回舱连接,是航天员的生活和工作舱。轨道舱舱壁设有内开密封舱门和对地观察窗口,供航天员在地面进出飞船和在空间对地观察摄影使用,舱内配置水、食品、食品加热装置、睡袋、大小便收集装置等航天员生活用品和消耗品,舱壁外安装了有关天线。轨道舱外壁装有推进剂贮箱和发动机系统,提供轨道舱留轨飞行期间轨道维持和姿态控制所需动力。轨道舱两侧装有一对太阳帆板,提供轨道舱留轨工作期间所需的电能。
  返回舱:返回舱位于三舱中间,为密封舱结构,是航天员在发射和返回时的座舱。其外形为由球形大底、锥段和小端球台构成的钟形,装有主、备份降落伞,返回舱整个外表面为烧蚀式防热层。返回舱前端与轨道舱相连接,后端与推进舱连接,在舱内中间和右侧放置两个座椅,发射段和返回段指令长兼驾驶员坐中间座椅,副驾驶员坐右侧座椅。
  推进舱:推进舱位于飞船后部,舱体为非密封结构,外形为后端带短锥段的圆柱形,推进舱圆柱段外壁装有辐射散热器,两侧装有一对主太阳电池阵,提供整船在轨运行所需电能。推进舱前端与返回舱大底相连接,后端与运载火箭飞船支架相连接。
  
  神舟六号与神舟五号的六大不同
  
  


  神舟六号飞船不是简单地照搬照抄神舟五号飞船,为了适应神舟六号飞船此次飞行任务的需要,神舟六号飞船研制抓总单位中国航天科技集团公司中国空间技术研究院围绕飞船的可靠性、安全性和人性化等方面,对飞船进行了相应的改进。可以说,神舟六号飞船无论是技术状态上、可靠性安全性上,还是操作的方便程度等方面,都有很大的提高。
  首先是承担的飞行任务不同。神舟五号首次载人航天飞行任务是乘一名航天员,进行一天的太空飞行,而神舟六号飞船的任务是乘2名航天员进行5天的太空飞行。乘员人数和飞行时间的增加,必然带来神舟六号飞船各方面的变化:要求神舟六号飞船必须在充分继承神舟五号飞船成熟技术的前提下,满足2人5天飞行,且具备2人7天自主飞行的能力;飞船的生命、环境保障能力几乎达到满负荷工作;航天员进入轨道舱全面启用各项功能,更全面的考核飞船设计和操作程序,将给飞船的控制带来更多的影响;搭载试验装置加剧了重量和功耗的矛盾等。飞船研制工作针对这些特点,对飞船的相关系统进行改进,在技术上满足此次飞行任务的需要,同时,确保飞船的可靠性、安全性。
  中国空间技术研究院在神舟六号飞船的设计和研制中,增加了对2人多天等重大技术状态更改的分析和地面验证。加强了对关键项目的控制,进行了新增任务对飞船影响的分析,采取大量的措施,确保飞船的可靠性和航天员的安全性。
  


  其次是部分舱段结构不同。神舟五号飞船由“三舱一段”——轨道舱、返回舱、推进舱和附加段组成,神舟六号飞船则取消了附加段;为了方便安装搭载设备和航天员的饮用水的放置,对轨道舱舱内布局设计进行了适当的调整;在舱外新增了有关天线;轨道舱内配置水、食品、食品加热装置、睡袋、大小便收集装置等航天员生活用品和消耗品;神舟五号返回舱内只安装了一个航天员座椅,而神舟六号返回舱内中间和右侧放置了两个座椅,发射段和返回段指令长兼驾驶员坐中间座椅,副驾驶员坐右侧座椅;在轨道舱内,按 2人7天配置食品和饮用水(含2人2天的应急食品和饮用水);神舟五号飞船在轨道舱内安装了航天员用品柜,而神舟六号轨道舱内则取消了航天员用品柜,物品改为软存放形式; 神舟六号飞船装船设备比神舟五号略有增加。
  第三是飞行方案不同。神舟六号飞船航天员将首次进入轨道舱进行工作和生活。因此,神舟六号是我国首次实现“真正有人参与的空间飞行试验活动”。
  根据飞行任务的不同,有关部门对飞行方案进行了调整。神舟六号飞船在太空中将实施变轨,变轨完成后,航天员开始打开返回舱舱门,进入轨道舱。在轨飞行期间,保持一名航天员在轨道舱内工作或休息,另一名航天员在返回舱值班。为补偿飞船运行段大气阻力衰减,消除轨道偏差,保持轨道精度,并满足飞船返回制动点位置的要求,神舟六号飞船将进行多次轨道维持。
  




  第四是应急返回落区调整。神舟六号飞船自主应急返回落区相对神舟五号飞船做了相应调整。取消了地理条件较差的地区,调整了部分落区的范围,以减少最大可救生间隔。
  自主应急返回仿真结果表明,神舟六号飞船飞行中,共有160多次救生机会,相邻救生点最大间隔不到2小时,比神舟五号飞船设计缩短了近2小时,最长返回等待时间与以往相比大大缩短。
  第五是应急救生故障模式变化。神舟六号飞船确定了150种故障模式和对策,其中,航天员可以参与的有近50种。与神舟五号相比,由于人天数发生了变化,因此,神舟六号调整了故障模式与对策,主要包括增加返回舱舱门开启条件下失去压力和失火故障模式,运载发射轨道过高故障对策,神舟六号搭载设备故障模式与对策等。
  第六是部分技术状态变化。神舟六号飞船是在充分继承神舟五号技术状态的前提下,根据飞行任务的需要,按照“论证充分、各方认可、试验验证、审批完备、落实到位”的五项原则进行了100多项技术状态改进,涉及硬件改进130多台,涉及软件改进近20个。更改后的产品在装船前都进行了充分的试验验证,进行了大系统间相互匹配、环境试验、测试,以及整船级功效学评价等试验,验证了更改的正确性和接口的匹配性。每一项技术状态更改均形成了闭环控制,并进一步提高了可靠性。
  


  
  神舟六号飞船7大技术状态变化
  
  优化神舟五号飞船飞行试验引起的改进:主要包括仪表报警策略改进、舷窗玻璃浸涂工艺改进等。
  神舟六号飞行任务变化引起的改进:增加航天员配套用品、增加有关搭载配套设备,取消飞船附加段,调整布局、供配电和热设计等。
  整船减重引起的改进:为解决重量矛盾,对全船的配置进行了优化调整,取消了部分不参与控制、不影响可靠性的测量设备,对个别设备改进设计以减轻重量。
  提高产品可靠性和安全性进行的改进:在可靠性和安全性分析的基础上,采取措施取消设备内部单点失效环节;更改了应用软件,提高了航天员活动对飞船姿态干扰的能力;提高了座椅缓冲性能,提高故障状态下着陆的安全性等。
  


  完善设计而进行的改进:针对研制和复查中暴露出来的问题,在质量归零的基础上,完善了产品设计。如舱门调整可密封间隙,提高了舱门密封的可靠性等。
  提高产品性能的改进:增大国际救援位标、增加发射功率等。
  元器件和原材料代用引起的改进:在产品生产过程中,更换了一些原材料和元器件。
  神舟六号飞船研制中,为保证产品质量,研制人员强调了规范、提前、到位。单机研制过程中,进行监造和控制,验收时严格把关,同时收集质量和可靠性信息;设计和工艺文件提前到位,保证操作准备充分;软件提前评测,保证与硬件产品同时验收交付,保证固化软件充分测试验证;加强设计、技术、质量和物资的管理,保证技术上的实现。
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