“神七”巡天的收獲

尹懷勤

9月25日，神舟七號(hào)載人飛船順利升空，在航天員成功完成首次空間出艙活動(dòng)后安全返回地面。此一壯舉樹立了中國(guó)載人航天新的里程碑。

改進(jìn)后的長(zhǎng)二F運(yùn)載火箭

所有神舟號(hào)系列飛船都是由長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭發(fā)射升空的。它是一種兩級(jí)半液體火箭，軸向上由兩級(jí)組成，第一級(jí)周圍捆綁著4個(gè)液體助推器，使用偏二甲肼為燃燒劑、四氧化二氮為氧化劑的雙組元液體推進(jìn)劑。其高度為58.34米，最大直徑為10.17米，起飛重量為480噸，起飛推力為604噸，盛裝飛船的整流罩直徑為3.8米，能把8.1噸重的有效載荷送上太空近地軌道運(yùn)行。

為了發(fā)射“神七”飛船，科研人員又對(duì)長(zhǎng)二F火箭進(jìn)行了36項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高了它的可靠性和安全性。特別是針對(duì)以往火箭上升時(shí)振動(dòng)較大問題，進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，改善了航天員乘坐的舒適性，還在火箭關(guān)鍵部位安裝了遙測(cè)圖像測(cè)量裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視和記錄火箭的主要飛行動(dòng)作。

火箭整流罩上面安裝著救生裝置逃逸塔。其作用是在長(zhǎng)二F火箭起飛前5分鐘到起飛后2分鐘時(shí)間內(nèi)，萬一火箭發(fā)生故障，它能幫助“神七”飛船里的3名航天員脫離危險(xiǎn)區(qū)域并安全著陸。另外，在發(fā)射順利時(shí)，它還必須按時(shí)完成點(diǎn)火工作脫離箭體，讓箭船得以正常地繼續(xù)飛行。

9月25日21點(diǎn)10分，長(zhǎng)二F火箭點(diǎn)火后垂直升空，12秒后調(diào)頭轉(zhuǎn)向，飛向東南方。隨著火箭的不斷加速和升高，然后依次進(jìn)行逃逸塔分離、助推器分離、一級(jí)火箭分離、拋掉整流罩、二級(jí)火箭關(guān)機(jī)，直至二級(jí)火箭與飛船分離，把飛船送入太空預(yù)定的近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)350千米的橢圓形軌道，終于圓滿完成發(fā)射任務(wù)。

飛船的六大技術(shù)改動(dòng)

神舟號(hào)系列飛船，每艘都是3艙式結(jié)構(gòu)，重為7.9噸。其返回艙最大直徑為2.5米，是目前世界上可用空間最大的飛船。同“神六”飛船相比，“神七”在技術(shù)上做了多處改進(jìn)，最大的改動(dòng)有六處。

一是為了實(shí)現(xiàn)航天員出艙活動(dòng)，將位于飛船前端的軌道艙改為氣閘艙。該艙是航天員從返回艙出來以后準(zhǔn)備到太空活動(dòng)的必不可少的過渡艙。這樣一來，此艙段就成為能夠滿足兩用的一個(gè)結(jié)合體。根據(jù)其支持航天員太空生活的功能，稱其為軌道艙；根據(jù)其支持航天員出艙活動(dòng)的功能，稱作氣閘艙。由于艙內(nèi)載荷有所增多，該艙長(zhǎng)度稍有拉長(zhǎng)。

二是為了保證飛船總重量的額度要求，減去了以往軌道艙用于留軌的16臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)及供電、供熱、測(cè)控、通信等所有平臺(tái)分系統(tǒng)。最明顯的是，去掉了軌道艙兩旁的太陽能電池板。這就是說，返回艙與軌道艙分離后，軌道艙不會(huì)像以前那樣仍能運(yùn)行半年之久，而是墜入大氣層燒毀。

三是為了進(jìn)行固體潤(rùn)滑材料和太陽能電池基底薄膜材料外太空暴露試驗(yàn)，在軌道艙外安裝了總重為2.265千克的材料試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)樣品中有4大類13種固體潤(rùn)滑材料和8片太陽能電池基底薄膜材料。航天員翟志剛出艙時(shí)將其取回，操作簡(jiǎn)單方便。

四是為了航天員活動(dòng)方便，在軌道艙內(nèi)外共安裝了20多個(gè)扶手。這些扶手用作航天員的著力點(diǎn)，供其用手抓住后以便移動(dòng)身體。

五是為了能夠釋放小衛(wèi)星即放飛伴星，在軌道艙的前端增設(shè)了盛裝小衛(wèi)星的裝置。小衛(wèi)星既可按指令自動(dòng)彈射飛出，亦可由航天員手動(dòng)操作釋放。

六是為了觀測(cè)航天員出艙活動(dòng)的全過程，在軌道艙、推進(jìn)艙的艙體尾部分別安設(shè)了形態(tài)為長(zhǎng)方體、重量相對(duì)更輕的攝像機(jī)。這雙“眼睛”不僅更亮，還能應(yīng)對(duì)極端溫度、真空、輻射、粒子等空間環(huán)境的干擾。電視直播航天員出艙活動(dòng)情況，就是這兩臺(tái)攝像機(jī)探視的結(jié)果。

性能優(yōu)佳的“飛天”艙外航天服

航天員出艙活動(dòng)，必須穿戴具有獨(dú)立生命保障系統(tǒng)的艙外航天服。我國(guó)研制的“飛天”艙外航天服是按照航天員的人體測(cè)量數(shù)據(jù)裁剪的，適合不同身高和形體的航天員使用。它能提供適宜的壓力、溫度、濕度和氣體成分，形成維持航天員健康和安全所必須的微小環(huán)境；能防止太空隕石微粒的危害，具有很高的安全可靠性和可維修性；能防火，可在純氧條件下使用；穿脫方便快捷，操作簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，造價(jià)低，能夠多次使用。更重要的是，它能確保航天員在艙外活動(dòng)完成任務(wù)時(shí)動(dòng)作的靈活性，首先是手的靈活性，其次是四肢和腰關(guān)節(jié)的靈活。

同時(shí)，我國(guó)還研制了出艙航天員必須攜帶的通信設(shè)備和電臍帶。前者既可實(shí)現(xiàn)有線通信，又可實(shí)現(xiàn)無線通信，以保證艙內(nèi)外航天員之間及時(shí)溝通信息。后者能適應(yīng)艙外太空環(huán)境，承擔(dān)著向艙外航天服內(nèi)各組成部分供電和傳輸信號(hào)的重要使命。

此次發(fā)射“神七”飛船，我國(guó)首次派出遠(yuǎn)望一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)、五號(hào)和六號(hào)共5艘測(cè)量船，執(zhí)行海上測(cè)控任務(wù)。它們累計(jì)跟蹤測(cè)控飛船62個(gè)弧段，約占地面整個(gè)測(cè)控覆蓋率的43％。其他弧段由各地面站進(jìn)行測(cè)控。為此，除強(qiáng)化原有的國(guó)內(nèi)外地面測(cè)控站外，又新增設(shè)了國(guó)外的智利圣地亞哥測(cè)控站。這樣一來，整個(gè)測(cè)控網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)47分鐘的信息覆蓋，為航天員的出艙活動(dòng)提供了監(jiān)管通信支持。

為完成后續(xù)任務(wù)奠定基礎(chǔ)

掌握出艙活動(dòng)技術(shù)，邁出了我國(guó)載人航天工程發(fā)展戰(zhàn)略第二階段任務(wù)的第一步，為今后實(shí)施空間交會(huì)對(duì)接奠定了基礎(chǔ)。2011年我國(guó)將發(fā)射壽命為兩年的無人目標(biāo)飛行器天宮一號(hào)，在接下來的兩年之內(nèi)，先發(fā)射不載人的神舟八號(hào)和九號(hào)兩艘飛船，使其與天宮一號(hào)在軌道上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，然后發(fā)射神舟九號(hào)載人飛船，在軌道上與天宮一號(hào)實(shí)施人工操縱的交會(huì)對(duì)接。屆時(shí)，航天員將進(jìn)行出艙活動(dòng)完成這一任務(wù)，從而突破空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。

返回艙帶回的材料試驗(yàn)樣品，已在太空暴露了44個(gè)小時(shí)，滿足了預(yù)定要求的時(shí)限。這些材料研究屬國(guó)際前沿項(xiàng)目。試驗(yàn)主要是考察原子氧對(duì)材料的侵蝕作用，獲得的結(jié)果將在航天事業(yè)發(fā)展中得到應(yīng)用，以提高航天器的使用壽命。同時(shí)亦可轉(zhuǎn)為民用，從而減少機(jī)械動(dòng)力裝置的能源消耗。

飛船釋放的小衛(wèi)星，具有光學(xué)成像、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)導(dǎo)航、統(tǒng)一S波段測(cè)控等多種功能。返回艙返回地面后，北京飛控中心通過對(duì)星上下傳數(shù)據(jù)的分析運(yùn)算，生成變軌參數(shù)后注入伴飛衛(wèi)星，控制其逐步接近軌道艙，并實(shí)現(xiàn)了圍繞軌道艙飛行。這是我國(guó)首次開展微小衛(wèi)星伴隨飛行試驗(yàn)，目的是為大型航天器的在軌故障診斷和安全保障奠定基礎(chǔ)，以便延伸和拓展航天器的功能和應(yīng)用。

至于飛船與中繼衛(wèi)星進(jìn)行的通信試驗(yàn)，對(duì)將來的航天測(cè)控則具有重要作用?！疤戽溡惶?hào)01星”作為靜止軌道衛(wèi)星，具有觀測(cè)中、低軌道航天器的功能，可為其提供數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)。飛船與它的通信成功，相當(dāng)于把地面測(cè)控站移到赤道上空3.6萬千米高的靜止軌道上，既可對(duì)以后的神舟飛船實(shí)施測(cè)控，又可將飛船的數(shù)據(jù)中繼傳回地面，大大提高我國(guó)航天測(cè)控網(wǎng)的覆蓋率?，F(xiàn)有陸基?；鶞y(cè)控網(wǎng)對(duì)神舟飛船軌道的覆蓋率僅為14％，使用“天鏈一號(hào)01星”參與測(cè)控后，覆蓋率可達(dá)50％。僅1顆中繼衛(wèi)星就可覆蓋飛船36％的軌道。

歷時(shí)68小時(shí)27分的“神七”巡天之旅，首次完成了航天員出艙活動(dòng)，首次帶回了艙外材料試驗(yàn)樣品，首次釋放了伴飛小衛(wèi)星，首次進(jìn)行了飛船與中繼衛(wèi)星的通信試驗(yàn)，創(chuàng)造了我國(guó)航天史上的四個(gè)第一。此外，“神七”飛船還搭載了多種植物種子，以直接造福于民。

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