神舟十一號(hào)飛船在今天（17日）在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，由長(zhǎng)征二號(hào)F遙十一運(yùn)載火箭搭載兩名航天員發(fā)射升空。太陽(yáng)帆板正常打開，發(fā)射取得圓滿成功。神舟十一號(hào)飛行乘組由航天員景海鵬和陳冬組成，景海鵬擔(dān)任指令長(zhǎng)。

    神舟十一號(hào)飛船入軌后，2天內(nèi)完成與天宮二號(hào)的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，形成組合體，航天員進(jìn)駐天宮二號(hào)，組合體在軌飛行30天。期間，2名航天員將按照飛行手冊(cè)、操作指南和地面指令進(jìn)行工作和生活，按計(jì)劃開展有關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。完成組合體飛行后，神舟十一號(hào)撤離天宮二號(hào)，并于1天內(nèi)返回至著陸場(chǎng)，天宮二號(hào)轉(zhuǎn)入獨(dú)立運(yùn)行模式。

    據(jù)了解，此次航天任務(wù)的目的有以下三點(diǎn)：

    一、為天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室在軌運(yùn)營(yíng)提供人員和物資的天地往返運(yùn)輸服務(wù)，考核驗(yàn)證空間站運(yùn)行軌道的交會(huì)對(duì)接及載人飛船返回技術(shù)。

    二、與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接，形成組合體，進(jìn)行航天員中期駐留，考核組合體對(duì)航天員生活、工作和健康的保障能力以及航天員執(zhí)行飛行任務(wù)的能力。

    三、開展有人參與的航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在軌維修等技術(shù)試驗(yàn)以及科普活動(dòng)。

    技術(shù)創(chuàng)新

    天地聯(lián)系更緊密

    神舟十一號(hào)飛船上配備了寬波束中繼子系統(tǒng)，它能極大提高中繼終端使用范圍和工作能力，確保天地鏈路可靠性。力爭(zhēng)使飛船每時(shí)每秒都能與地面連接上。

    交會(huì)對(duì)接技術(shù)升級(jí)

    光學(xué)成像敏感器是交會(huì)對(duì)接的眼睛，這一次交會(huì)對(duì)接的眼睛升級(jí)了。在“天宮二號(hào)”及以后的空間站任務(wù)中，交會(huì)對(duì)接會(huì)變成一項(xiàng)常態(tài)化任務(wù)，對(duì)接環(huán)境也將更復(fù)雜，這就對(duì)光學(xué)成像敏感器提出了更高要求。

    之前神舟飛船與天宮一號(hào)的交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，應(yīng)用的都是CCD成像敏感器。本次神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)的對(duì)接，采用新一代光學(xué)成像敏感器CRDS。升級(jí)版的CRDS產(chǎn)品在太陽(yáng)雜光抑制能力、識(shí)別目標(biāo)敏感度上有了大幅提升。敏感器首次捕獲時(shí)間也由原來(lái)的約十秒縮短至不到幾百毫秒。

    中期駐留

    神舟十一號(hào)在配置上進(jìn)行了優(yōu)化，存儲(chǔ)了更多食品、飲水等航天員支持用品，滿足航天員駐留需求。飛船上設(shè)有應(yīng)急返回系統(tǒng)，以保障航天員安全。

    熱控設(shè)計(jì)優(yōu)化

    神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接成功后，航天員要在組合體中完成30天中期駐留任務(wù)， 長(zhǎng)時(shí)間的駐留工作必須保證能源供應(yīng)，這就需要太陽(yáng)能帆板長(zhǎng)時(shí)間對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，為此組合體需要連續(xù)偏航。而在連續(xù)偏航過(guò)程中，部分設(shè)備會(huì)長(zhǎng)期對(duì)著太陽(yáng)，還有部分設(shè)備長(zhǎng)期曬不到太陽(yáng)。因此，神舟十一號(hào)飛船改進(jìn)和優(yōu)化了熱控設(shè)計(jì)，以消除組合體連續(xù)偏航引起的返回艙溫度過(guò)低、設(shè)備容易結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)，和推進(jìn)艙、貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高可能超上限的風(fēng)險(xiǎn)。

    任務(wù)特點(diǎn)

    飛得更高

    這是因?yàn)槲磥?lái)的載人空間站軌道位置比較高。過(guò)去，神舟十號(hào)與天宮一號(hào)對(duì)接時(shí)，軌道高度是343公里。而神舟十一號(hào)和天宮二號(hào)對(duì)接時(shí)的軌道高度是393公里，比過(guò)去高了50公里。這與未來(lái)空間站的軌道高度基本相同，飛行也更加接近未來(lái)空間站要求。

    飛得更高對(duì)飛船的要求也更多，這意味著交會(huì)對(duì)接時(shí)飛船的控制與神舟十號(hào)不一樣，還需要連續(xù)變軌。

    實(shí)驗(yàn)更多

    這是因?yàn)檫@次飛行要進(jìn)一步考核神舟飛船作為人員物資天地往返運(yùn)輸工具的性能。任務(wù)期間神舟十一號(hào)要進(jìn)行4項(xiàng)在軌試驗(yàn)項(xiàng)目：

    · 寬波束中繼在軌驗(yàn)證試驗(yàn)

    · 變軌控制驗(yàn)證試驗(yàn)

    · 帆板任意偏置角跟蹤太陽(yáng)功能驗(yàn)證試驗(yàn)

    · 微生物控制試驗(yàn)。

    通過(guò)這些試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證飛船設(shè)計(jì)功能，獲取和積累載人環(huán)境相關(guān)的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

    時(shí)間更長(zhǎng)

    這是是因?yàn)榇舜稳蝿?wù)中，航天員需完成組合體30天中期駐留任務(wù)，比神舟十號(hào)的15天翻了一倍。在這一個(gè)月中，要保障航天員的生活健康，也要保證航天員執(zhí)行飛行任務(wù)的能力，飛船在駐留、應(yīng)急、返回方面的保障能力就需要比過(guò)去更強(qiáng)。

    “黑科技”很多，將這樣影響你我生活

    作為我國(guó)第一個(gè)真正意義上的太空實(shí)驗(yàn)室，天宮二號(hào)在與神舟十一號(hào)進(jìn)行對(duì)接后，將開展航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、在軌維修等技術(shù)試驗(yàn)等多項(xiàng)試驗(yàn)。

    比如，首次開展我國(guó)航天飛行中的醫(yī)學(xué)超聲檢查，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)航天員心肺功能；他們將參與多項(xiàng)應(yīng)用載荷技術(shù)試驗(yàn)，更換空間材料制備樣品，進(jìn)行太空植物栽培試驗(yàn)等；還將開展在軌維修操作，進(jìn)行人機(jī)協(xié)同驗(yàn)證。

    同時(shí)，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室還裝載了寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計(jì)等新一代對(duì)地觀測(cè)遙感儀器和地球科學(xué)研究?jī)x器，這些載荷的應(yīng)用，將提高我國(guó)在全球氣候變化研究、大氣污染和大氣成分監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的技術(shù)水平。

    神舟十一號(hào)外部結(jié)構(gòu)由什么構(gòu)成？黑科技外衣揭秘

    執(zhí)行中國(guó)歷史上最長(zhǎng)時(shí)間太空駐留任務(wù)的神舟十一號(hào)飛船今晨7時(shí)30分成功發(fā)射入軌。除了船艙里轉(zhuǎn)載的各種高科技設(shè)備之外，神舟十一號(hào)也從外部為宇航員提供了安全舒適的飛行環(huán)境。

    中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院研發(fā)的總體部熱控分系統(tǒng)為飛船設(shè)計(jì)了神奇的“外衣”，就像我們?nèi)祟惖囊路粯樱炖鋾r(shí)能保暖，太陽(yáng)照射時(shí)能防曬，同時(shí)衣服還能夠隔離灰塵、霧霾等有害因素對(duì)皮膚的傷害。

    載人飛船由軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙這三個(gè)艙段構(gòu)成。軌道艙是航天員生活和工作的主要空間，安裝在軌道艙內(nèi)的設(shè)備發(fā)熱量不大。

    軌道艙的外衣由多層隔熱材料組件構(gòu)成，厚度約為2厘米。它能夠高效的隔離空間環(huán)境與軌道艙艙壁之間的換熱量，極大的減少艙體表面的漏熱，同時(shí)降低軌道外熱流劇烈變化對(duì)艙體溫度的影響。在多層隔熱組件的外表面，還有一層華麗的復(fù)合膜，它的功能是要提高飛船對(duì)軌道原子氧等粒子的防護(hù)能力。

    返回艙承擔(dān)著將航天員安全帶回地面的重要使命，需要耐受返回過(guò)程中穿越地球大氣層時(shí)的高溫?zé)g環(huán)境，所以返回艙外衣的里層是厚厚的劃分成網(wǎng)格狀的防燒蝕材料，在外表面再噴涂特殊設(shè)計(jì)的有機(jī)熱控涂層，不僅提高外熱流吸收能力還能降低紅外輻射能力，為保證在軌期間的返回艙溫度條件提供有力支持。

    推進(jìn)艙是非密封的艙段，里面密集的布置了多種設(shè)備，主動(dòng)流體回路的散熱輻射器也安裝在推進(jìn)艙，因此推進(jìn)艙對(duì)散熱的要求很高。

    首先，在推進(jìn)艙的艙體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)了一圈淺綠色的有機(jī)涂層散熱面；其次，艙體上安裝的輻射器外表面則選用了純白色的熱控涂層，這身清爽的“散熱衣”，都能極大的提高輻射散熱能力。

    而在推進(jìn)艙的底部，安裝的是大推力的發(fā)動(dòng)機(jī)，為有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后的高溫對(duì)推進(jìn)艙內(nèi)的影響，這一區(qū)域也設(shè)計(jì)了多層隔熱材料，但與軌道艙不同之處在于它是高溫多層隔熱材料，能夠隔離的最高溫達(dá)900℃，它被稱為“高溫隔熱衣”。

    神舟十一號(hào)背后傳奇：精度更高翅膀更硬穿越更自如

    推進(jìn)艙、電源、對(duì)接機(jī)構(gòu)、測(cè)控通信……在由中國(guó)航天科技集團(tuán)上海航天技術(shù)研究院承擔(dān)的研制任務(wù)中，航天人不僅攻克了國(guó)產(chǎn)化材料應(yīng)用的重重難關(guān)，為載人航天提供強(qiáng)大的電力保障，還打造了安全可靠的對(duì)接機(jī)構(gòu)，為宇航員自如進(jìn)入天宮二號(hào)架設(shè)了一道安全可靠的太空通道。

    太陽(yáng)電池翼國(guó)產(chǎn)化率超九成

    “以往神舟系列飛船太陽(yáng)電池翼所使用的原材料主要都是進(jìn)口，但這次超過(guò)九成以上是國(guó)產(chǎn)材料。”神舟十一號(hào)電源分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人沈冰冰介紹，從2013年開始，國(guó)外進(jìn)行技術(shù)封鎖，我們開啟自主研發(fā)道路。“作為航天器遨游天空的翅膀，要建立屬于我們國(guó)家自己的空間站，國(guó)產(chǎn)化是必經(jīng)之路。”

    “材料的穩(wěn)定性是太陽(yáng)電池翼的關(guān)鍵。起初，我們對(duì)國(guó)產(chǎn)的材料特性不清楚，工藝特性也不了解。”沈冰冰介紹，研制團(tuán)隊(duì)花了一年多時(shí)間調(diào)研原材料，通過(guò)各種仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定材料的特性。

    做力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，太陽(yáng)電池翼的結(jié)構(gòu)支撐部分總達(dá)不到要求。“力學(xué)上要求太陽(yáng)電池翼在軌的時(shí)候承受一定的力。飛船在改變姿態(tài)、變軌的時(shí)候，要保證電池翼不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞。”沈冰冰說(shuō)。神舟十一號(hào)不僅啟用了新的國(guó)產(chǎn)化材料，并且其量級(jí)更是大于一般衛(wèi)星。自2014年上半年開始，團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷對(duì)比選型和采取措施，最終完美解決了這一問(wèn)題。

    結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)部分是太陽(yáng)電池翼基板的核心，而支撐這些的復(fù)合材料例如連接架、面板和邊框、兩層面板中的支撐機(jī)構(gòu)等，神舟十一號(hào)電源分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們將基板幾乎全部進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化“改造”。

    從確定方案，把關(guān)方案的正確性和可行性，到通過(guò)反復(fù)的地面疲勞試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)，以及仿真飛行試驗(yàn)驗(yàn)證、工藝試驗(yàn)，將太陽(yáng)電池翼的穩(wěn)定性做到最大化。最終，神舟十一號(hào)的“翅膀”在元器件上達(dá)到了90%以上國(guó)產(chǎn)化，成為了目前國(guó)內(nèi)所有衛(wèi)星型號(hào)中國(guó)產(chǎn)化最徹底的型號(hào)。“從某些指標(biāo)來(lái)看，比如力學(xué)性能，國(guó)產(chǎn)材料比進(jìn)口材料還略有提升。”

    在軌運(yùn)行30天，對(duì)電源系統(tǒng)的控制是一場(chǎng)大考。神舟十一號(hào)電源分系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人沈冰冰介紹，當(dāng)神舟十一號(hào)和天宮二號(hào)對(duì)接停靠后，部分設(shè)備停止工作，屆時(shí)整個(gè)飛船的負(fù)載將減小至40%，蓄電池在長(zhǎng)期小負(fù)載情況下不斷充放電，產(chǎn)生記憶效應(yīng)，一旦負(fù)載又增加回到額定負(fù)載，就會(huì)出現(xiàn)蓄電池供電能力不足的問(wèn)題。為解決這一棘手問(wèn)題，使蓄電池“失憶”，設(shè)計(jì)師通過(guò)大量地面長(zhǎng)期試驗(yàn)，最終摸索出了一條和神舟十一號(hào)工作狀態(tài)相匹配的充電曲線。

    “我們電源不比其他分系統(tǒng)，需要時(shí)時(shí)刻刻對(duì)飛船進(jìn)行監(jiān)控。飛船在天上飛，航天員也在上面，必須每時(shí)每刻都要盯著電源的數(shù)據(jù)，掌握飛船的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題立刻處理。現(xiàn)在做神舟十一號(hào)電源系統(tǒng)參與飛船監(jiān)控的設(shè)計(jì)師6人，30天、每天12小時(shí)兩人不停翻班，這對(duì)隊(duì)伍相對(duì)苛刻，但也是一種挑戰(zhàn)。”沈冰冰坦言。

    用工匠精神締造“太空之吻”

    神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接，通道打開后，航天員就相當(dāng)于進(jìn)入了一個(gè)大的密封艙。要保證航天員在艙內(nèi)的安全，整個(gè)密封艙的密封性就變得非常重要，要保證密封性，密封圈就成為其中的關(guān)鍵點(diǎn)。

    神舟十一號(hào)上面的密封圈是一個(gè)“T”型的密封圈，據(jù)主管密封圈的設(shè)計(jì)師楊國(guó)棟介紹，密封圈的技術(shù)攻關(guān)是從2002年開始的，一直到2008年單件產(chǎn)品攻關(guān)才結(jié)束。隨后開始了與整機(jī)的各種驗(yàn)證試驗(yàn)，在整個(gè)攻關(guān)過(guò)程中，遇到的難題數(shù)不勝數(shù)，做過(guò)的各類試驗(yàn)不計(jì)其數(shù)。最終采用了目前的這種外形和尺寸，確保密封圈在空間不受力的情況下，不會(huì)自動(dòng)脫落；橡膠不會(huì)因?yàn)閻毫拥目臻g環(huán)境的作用而失效；也不會(huì)因?yàn)閻毫涌臻g溫度環(huán)境的持續(xù)作用而從安裝框里脫落。

    在太空中實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重達(dá)8噸多的飛行器對(duì)接，就好比在完全失重的環(huán)境下閉著眼睛“擰螺絲”——12把對(duì)接鎖必須同步鎖緊。龐大的艙與艙之間，天衣無(wú)縫地結(jié)合必須時(shí)刻保持平穩(wěn)。

    對(duì)載人航天對(duì)接機(jī)構(gòu)總裝組組長(zhǎng)王曙群來(lái)說(shuō)，對(duì)接二字幾乎是職業(yè)生涯的全部。5年前，神舟八號(hào)和天宮一號(hào)載著由王曙群帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)親手裝調(diào)的對(duì)接機(jī)構(gòu)，在太空上演了一場(chǎng)完美的“太空之吻”，使我國(guó)成為繼俄羅斯之后第二個(gè)掌握對(duì)接機(jī)構(gòu)裝調(diào)技術(shù)的國(guó)家。5年后，他參與研制的天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)對(duì)接任務(wù)，又接受了新的挑戰(zhàn)。

    攻關(guān)路上的每一步，都走得不容易。“太空之吻”沒有彩排，數(shù)十年工作一朝驗(yàn)收，要么滿分要么零分，更何況其中還關(guān)乎宇航員的生命。對(duì)王曙群來(lái)說(shuō)，壓力就像空氣，無(wú)時(shí)不在，無(wú)處不在。“簡(jiǎn)單說(shuō)，對(duì)接機(jī)構(gòu)是個(gè)機(jī)電一體化設(shè)備，分兩部分，一個(gè)是目標(biāo)件，放在天宮里；一個(gè)是運(yùn)輸件，放在神舟飛船里，兩個(gè)加起來(lái)得500多公斤。”王曙群把這個(gè)高精尖的儀器戲稱為“圓框”。

    框里有100多個(gè)測(cè)量動(dòng)作、位置、溫度的傳感器，近300個(gè)傳遞力的齒輪，1萬(wàn)多個(gè)緊固件，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的導(dǎo)線、接插件、密封圈和吸收撞擊能量的材料等。王曙群的團(tuán)隊(duì)就是用數(shù)十年如一日的工匠精神將一根根線、一顆顆螺釘手工安裝成可以在太空漫步的機(jī)構(gòu)。

    “與之前不同，這一次我的主要任務(wù)是帶團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)一支真正具有工匠精神的隊(duì)伍，深空探測(cè)還有很多未知領(lǐng)域。”如今，王曙群想把之前的技術(shù)儲(chǔ)備做成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)制到更多型號(hào)上去。

    貼心設(shè)計(jì)讓宇航員舒適操作

    交會(huì)對(duì)接完成后，在整個(gè)飛行試驗(yàn)任務(wù)期間，航天員將進(jìn)入天宮一號(hào)工作、生活，開展相關(guān)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。對(duì)設(shè)計(jì)師們來(lái)說(shuō)，載人交會(huì)對(duì)接，一切為載人。秉承這樣的理念，產(chǎn)品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)之處盡顯人性化。

    在對(duì)接機(jī)構(gòu)研制之初，為了便于航天員在不同飛行器之間自如進(jìn)出，設(shè)計(jì)師們對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)，研制能與國(guó)際空間站相匹配的異體同構(gòu)周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)。周邊式對(duì)接機(jī)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、承載能力大，但是重量大、對(duì)接初始條件要求嚴(yán)格、構(gòu)造復(fù)雜。許多纜線、組件、接插座、管路都必須安裝在機(jī)構(gòu)的周邊，十分有限的位置導(dǎo)致系統(tǒng)集成難度很大，但是設(shè)計(jì)人員最終克服困難，從剛度、強(qiáng)度要求進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，并參照人機(jī)工效學(xué)等方面綜合設(shè)計(jì)了一個(gè)直徑達(dá)80公分的圓形通道，航天員在太空中就是通過(guò)這個(gè)通道進(jìn)入天宮二號(hào)。

    為了確保航天員在通道內(nèi)能夠順利通行，設(shè)計(jì)師們?cè)诘孛孢M(jìn)行了各類模擬試驗(yàn)，其中一項(xiàng)就是請(qǐng)一位一個(gè)身高1.8米、體重165斤的飛船工程師進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)穿越驗(yàn)證。

    據(jù)神舟十一號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師姚建介紹，在對(duì)接機(jī)構(gòu)的故障模式的設(shè)置中，有14項(xiàng)可以讓航天員通過(guò)指令面板參加故障的處理，而唯有捕獲鎖解鎖一個(gè)需要航天員手動(dòng)操作。在對(duì)接機(jī)構(gòu)中有3對(duì)這樣的捕獲鎖解鎖按鈕。對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲鎖解鎖是在兩個(gè)飛行器分離前進(jìn)行，一般情況下，由地面發(fā)送指令解鎖，但一旦出現(xiàn)解鎖故障，航天員可以采用手動(dòng)解鎖。為了防止誤動(dòng)作，解鎖按鈕需要兩只手指用15N的力量從兩邊往中間同時(shí)擠壓，再提起操作桿才能完成。

    為了便于航天員尋找著力點(diǎn)，手動(dòng)解鎖按鈕的外型設(shè)計(jì)是球形的。研制團(tuán)隊(duì)多次與航天員面對(duì)面交流，對(duì)他們進(jìn)行相關(guān)原理的培訓(xùn)，安排他們參觀相關(guān)產(chǎn)品，聽取他們的意見和建議。

    在部件的外形設(shè)計(jì)中杜絕銳邊，艙內(nèi)的各種材料的選取都采用無(wú)毒、無(wú)異味的材質(zhì)，避免對(duì)航天員的身體造成各種潛在的傷害。在艙內(nèi)顯示飛船的狀態(tài)的面板上，不同階段的數(shù)據(jù)采用白色和綠色兩種顏色來(lái)顯示，便于航天員分辨。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org 

責(zé)任編輯：王元

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：ecorr_org@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414