神舟十五號載人飛船發(fā)射成功的背后,有七大“神器”發(fā)揮了重要作用,它們與飛船在軌正常工作及航天員的生命安全息息相關。
綜合顯示單元和時間單元、發(fā)聲單元、手控左/右面板單元、編碼指令等設備分別作為飛船終端顯示儀表、終端語音儀表、手控終端儀表和終端控制儀表,為航天員提供飛船運行過程中的參數(shù)顯示、語音播報、運動控制指令發(fā)送。在神舟十五號載人飛船飛行期間,航天員著航天服被束縛時,手控右艙壁單元和開關指令板為其提供必要的操控界面,并具備聲、光反饋功能。
針對神舟十五號載人飛船任務要求,研制團隊在以上儀表產(chǎn)品中應用了具備高可靠性和高安全性的處理器平臺,研發(fā)了多項關鍵技術。其中最關鍵的處理器抗輻照加固技術,可以確保在復雜宇宙射線和高速粒子條件下高速硬件系統(tǒng)的正常工作。該技術在有輻照環(huán)境的一些特殊工業(yè)領域,技術應用前景廣闊。
儀表板及儀表產(chǎn)品
儀表板減振器作為飛船儀表設備的承重部件,它的整體框架式構型就如同一個“家”一樣,不僅為儀表顯示設備和主要手控設備這些“兄弟姐妹”提供獨立的“私密空間”,而且為它們提供了準確可靠的安裝接口。這個“家”通過四個金屬橡膠減振器實現(xiàn)與飛船艙壁的可靠聯(lián)接,四個金屬橡膠減振器就像四個“忠誠的軟甲衛(wèi)士”,結構上既有金屬的固有特性,又有橡膠的彈性。在飛船發(fā)射、飛行和返回過程中遇到較大的振動、沖擊等情況時,能夠為飛船上的儀器設備提供必要的力學工作環(huán)境,例如在發(fā)射、返回過程中保證設備生存,在飛行過程中改善儀表板上設備的力學工作環(huán)境。
在飛船發(fā)射和返回過程中,航天員的身體被牢牢束縛在座椅上,身體不能前傾以完成對儀表板上各設備的操作,為了解決這一難題,操縱棒應運而生。
艙內(nèi)燈
艙外燈
操縱棒把手是根據(jù)航天員手掌正常抓握狀態(tài)進行賦型設計的,外部輪廓曲面完美貼合航天員掌心,極大滿足了航天員操作過程中的舒適度要求。操縱棒桿體設計為可無極伸縮式,航天員可以根據(jù)現(xiàn)場條件在一定范圍內(nèi)任意調(diào)整操縱棒的長度。
由于神舟十五號載人飛船在軌飛行時會周期性經(jīng)過地球陰影區(qū),經(jīng)歷了長時間的黑暗,因此在與空間站“太空牽手”時的照明問題就非常重要。
為了適應外層空間的復雜環(huán)境,神舟十五號載人飛船艙內(nèi)照明設備(近距離泛光照明)和交會對接照明設備(遠距離透光照明)采用了先進的固態(tài)照明光源。這種光源的優(yōu)點是耐沖擊、抗振動、功耗低、穩(wěn)定性高,但受限于發(fā)光材料的性能,固態(tài)照明對高溫環(huán)境和低溫環(huán)境都比較敏感。為此,研制團隊進行了長期的技術攻關。在空間環(huán)境適應性的難題上,為降低紫外輻照、總劑量輻照、原子氧等特殊空間環(huán)境對產(chǎn)品壽命及可靠性的影響,研制團隊先后突破了空間二次光學系統(tǒng)設計、在軌抗特殊空間環(huán)境設計、敏感器件抗力學環(huán)境設計等技術難題。
此外,固態(tài)照明加固技術也在抗輻照方面具有明顯的技術優(yōu)勢,可應用于有輻照環(huán)境的一些特殊工業(yè)照明領域中,其加固后良好的抗力學振動能力,也可以滿足礦場、輪船等復雜工業(yè)環(huán)境的特殊需求,具有廣闊的應用前景。
在神舟十五號載人飛船與空間站組合體順利對接后,航天員要進入到空間站,其間要經(jīng)歷多次穿艙活動,都需要打開和關閉艙門,因此精準快速檢測艙門的密封性至關重要。艙門檢漏儀的作用就是檢測神舟十五號載人飛船的艙門是否達到了密封狀態(tài),它通過內(nèi)部的核心傳感系統(tǒng),感受壓力和溫度的變化,在短時間內(nèi)判斷艙門是否關閉完好,并向航天員發(fā)送“艙門已關好,可以脫航天服”的指令。
艙門快速檢漏儀
早期的神舟飛船是整艙加壓,通過檢測整艙艙壓變化來判斷艙門的密封性,這種方法雖準確、可靠,但缺點是耗時長。艙門快速檢漏儀實現(xiàn)了對神舟飛船艙門和對接面的快速、準確檢漏,填補了國內(nèi)在該領域的空白。目前,艙門快速檢漏儀已經(jīng)成為載人航天器的“必需品”,為航天員艙內(nèi)活動提供堅實的安全保障,為載人航天器保駕護航。
儀表照明分系統(tǒng)的綜合顯示單元人機交互設備和發(fā)聲單元的配套軟件,通過內(nèi)總線接收并顯示神舟十五號載人飛船的重要事件信息,向航天員通報順序飛行事件、緊急事件、進出站事件等顯示信息和語音提示,并對特別重要的警示信息進行多重語音提示或突出顯示,以確保航天員在軌期間能快速掌握返回艙內(nèi)外信息。
儀表照明分系統(tǒng)的手控左面板單元、手控右面板單元、編碼指令版、手控右艙壁等設備配套的軟件產(chǎn)品向航天員提供必要的操作及控制飛船的相關顯示界面,能夠高可靠、高實時地刷新顯示重要參數(shù),實時響應航天員的在軌操作指令,并對異常狀態(tài)進行有效提示。
儀表照明分系統(tǒng)的軟件產(chǎn)品具備極強的實時性和極高的可靠性,以保證各類故障能夠被及時發(fā)現(xiàn)并得到妥善處理,對故障狀態(tài)既不漏報,也不錯報,以滿足航天員在軌執(zhí)行任務期間的各類使用場景,為航天員提供全方位保障,助力航天員順利執(zhí)行在軌操作,完成在軌任務。
微重力水平開關
神舟十五號載人飛船在軌任務結束后,返回艙將帶著航天員和下行貨物“回家”,地面搜救人員如何快速準確地找到返回艙,關系著航天員的生命安全。這就用到了國際救援示位標和微波重力水平開關等產(chǎn)品。
國際救援示位標集定位信息獲取、數(shù)據(jù)處理、編碼調(diào)制發(fā)射于一體,具有高定位準確性,可實現(xiàn)緊急狀態(tài)下救援的可靠性和實效性。返回艙落地后,國際救援示位標會發(fā)射無線電“信標”信號,猶如大海中明亮的“燈塔”指引著方向。這種信標信號符合國際通用標準,能夠被岸站遍布世界各地的全球海事衛(wèi)星搜救系統(tǒng)所識別,從而確保搜救人員能夠快速找到返回艙。
微波重力水平開關從神舟七號載人飛船開始,就被成功應用到神舟系列飛船等各類型號任務中。返回艙的通信天線有兩路,由于艙體落地后的姿態(tài)是不確定的,為保證通信質(zhì)量,需要自動接通相對水平面較高的一路天線,同時斷開另外一路。比起神舟系列飛船早期使用的進口單刀雙擲汞開關,微波重力水平開關采用的是更為先進可靠的電控技術,通過測量天線敏感軸的重力分量,來表征天線敏感軸與水平面的夾角,實現(xiàn)自動切換通信天線方向,技術指標和安全性、可靠性均優(yōu)于進口的汞開關。