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多项技术为航天员照亮归途

来源:光明网-《光明日报》2022-12-09 09:12

  伞花在空中绽放,牵引神舟十四号返回舱缓缓下落。日前,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆,执行飞行任务的航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲顺利出舱,身体状态良好,神舟十四号载人飞行任务取得圆满成功。

  此次神舟十四号乘组返回是中国空间站“T”字基本构型建成后的首次返回任务,也是载人飞船首次在冬季夜间返回东风着陆场。相较此前任务,低温与暗夜是本次任务的两大挑战。面对考验,我国科研团队创新多项技术方法,为神舟十四号乘组顺利回家保驾护航。

  层层牵引,织密通信测控网

  从返回舱变速进入返回轨道到推进舱与返回舱分离,从返回舱进入大气层到安全着陆……返回的每一步,离不开层层牵引,护航归途。

  作为中国载人航天工程副总指挥单位,中国电科在海陆空天布设密不透风的航天测控通信网,提供全链路稳定跟踪测量的雷达“智慧眼”,研发精准定位确保“舱落机临”的系列定向“顺风耳”等电子信息系统和装备,为飞船安全返航照亮归途,确保快速精准发现目标,圆满完成返回搜救任务。

  在返回舱变轨、与推进舱分离、进入大气层、安全着陆等阶段,都需要测控系统通过遥测、外测来接收和发送指令,观测分析飞行器位置、速度、姿态。“在主着陆场,我们布设了卫星通信固定站、车载站、便携站等卫通系统,保障调度指令、数据传输和图像传输的实时性、稳定性和清晰度。”中国电科网通院卫星通信系统总设计师李晓芳告诉记者,在新建和升级后的系统中,研制的大功率功放和高速调制解调器,大大提升卫星通信传输能力,传输容量提升5至10倍。

  据了解,最新研制的回收区北斗态势系统,利用北斗导航系统定位和短报文功能,构建了指挥中心、前方指挥、搜索平台三位一体的指挥体系,大幅提升返回舱搜索效率,缩短回收时间。

  雷达跟测,做精准返航的“灯塔”

  “酒泉雷达跟踪正常”“渭南雷达跟踪正常”“太原雷达跟踪正常”……沿着神舟十四号“回家路”,中国电科部署多型测控雷达,通过精准的坐标测量和精细的成像处理,担负返回区首点截获、黑障区连续跟踪等任务。

  返回舱再入大气层时会有“黑障效应”,将隔绝返回器与地面测控站之间的通信联络。为此,中国电科自主研制的测量雷达创新采用智能化鞘套判别、复杂波形设计等目标探测跟踪技术,持续开展跟踪测量,紧盯黑障区“隐身”的返回舱,防止其偏离预定着陆区域,像“灯塔”一样确保返回舱精准返航。

  黑暗和极寒双重挑战,对定向搜救设备提出了更高要求。

  着陆回收阶段,“发现243信号”“243信号跟踪正常”等关键节点信息指令响彻北京飞控中心指控大厅,这是中国电科自主研发的定向仪系列产品,其构建的近、中、远程搭配,海、陆、空协同的立体化搜索定向网络在不断发挥作用。

  中国电科22所载人航天任务团队负责人宋磊介绍,本次任务中,科研团队强化天空地一体化搜索引导体系建设,最新研制的航天员通话电台,在着陆场与测控系统间实现无缝衔接,首次将舱内航天员呼叫话音“延伸”至北京飞控中心。

  “我们还研制了直升机前舱搜索引导系统,不仅能针对着陆场现场的多源搜救信息进行深度融合、智能决策,还能与北京指控大厅落点预报数据精准同步,帮助搜索直升机在上千公里之外就能提前预知返回舱的运行轨迹,为搜索任务争取了宝贵‘提前量’。”宋磊说。

  全面护航,保障航天员的工作生活

  除了照亮归途,近半年来,中国电科也持续运用电子信息技术全面保障航天员的工作生活。

  今年6月5日,陈冬、刘洋、蔡旭哲3名中国航天员搭乘神舟十四号载人飞船成功飞向中国空间站天和核心舱。在神舟十四号载人飞船与空间站组合体交会对接过程中,中国电科研制的激光雷达多方位、大范围接收光信号,实时提供飞船与空间站的相对位置信息。交会对接的精准“慧眼”,则有赖于中国电科突破了大动态、高精度、多参数实时测量等难题,实现了新扫描体制、多目标切换和多目标识别等功能。

  航天员与地面如何实时通话?“我们专门研制了天地卫星通信系统,在天地之间打造了一条高效、稳定的通信传输‘天路’。”李晓芳介绍,在“太空授课”过程中,空间站、天链中继卫星和地面站的通信系统共同参与,织就了立体通信测控网,随着技术不断进步,卫星通信系统实现从引进设备集成到全部自主创新,信息传输速率提升40倍,由之前的2小时缩短至3分钟。

  在实施出舱活动期间,机械臂分系统全程配合航天员开展出舱活动,中国电科为机械臂配套了关节运动驱动组件及高精度位置传感器、末端执行器等关键设备,助力航天员灵活操纵。

  据中国电科15所相关项目负责人刘蕾介绍:“我们还配备了三维综合立体显示系统,采用三维孪生技术,以真实数据驱动场景中航天器运动,实现空间站任务真实运行场景与数字平台同步虚实数字孪生,实时展示空间站全貌,并展现机械臂舱外运动、舱体在轨飞行、航天员出舱动作等真实效果。”

  中国电科还为航天员配套了压力传感器等产品,实现对舱内环境、食物、航天员生理指标等的精确检测。(记者 崔兴毅)

[ 责编:林佳欣 ]
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