揭秘神舟十一號“黑科技”

10月17日凌晨，神舟十一號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。這是我國組織實施的第6次載人航天飛行，也是改進型神舟載人飛船和改進型長征二號F運載火箭組成的載人天地往返運輸系統(tǒng)第二次應用性飛行。那么，神舟十一號作為改進型的神舟載人飛船，究竟有哪些改進之處？又有什么“黑科技”？

太陽翼結(jié)構首次中國造

細心的人可能會留意到，在每次載人飛行任務宣布成功時，都會提到這樣一句話：飛船準確進入軌道，太陽帆板展開正常，航天員狀態(tài)良好。

這其中的“太陽帆板展開正?！敝陵P重要。它意味著，飛船能夠采用太陽能供給能量，此后才能逐步啟動有效載荷。

和此前神舟飛船所帶的太陽能帆板不同，神舟十一號的太陽能帆板是第一次采用國產(chǎn)太陽翼結(jié)構。

這一結(jié)構由航天科技集團公司五院508所研制。根據(jù)該所的說法，此次，神舟十一號太陽翼連接架百分之百國產(chǎn)化，基板國產(chǎn)化率達93%，說明該所復合材料專業(yè)能力，達到了國內(nèi)同類復合材料產(chǎn)品的國產(chǎn)化率最高水平。

事實上，這家科研單位之所以能做出這一產(chǎn)品來，還是“被逼出來”的。

根據(jù)五院專家的說法，神舟十一號飛船按照原來設計方案一直進展順利，但到了2014年4月，這一方案遭遇了“進口碳纖維等原材料受限”的問題。怎么辦？換方案的可能性不大。研制人員下定決心，使用國產(chǎn)原材料把太陽翼做出來。

根據(jù)五院專家的介紹，在研制過程中，五院508所圍繞國產(chǎn)碳纖維、鋁蜂窩的材料特性開展了工藝技術攻關。針對國產(chǎn)碳纖維工藝性較差、易損傷的特點，研制人員確立了適用于國產(chǎn)碳纖維的一整套工藝方案，研制出的碳纖維零件的外觀質(zhì)量、外形尺寸、內(nèi)部質(zhì)量和力學性能等均滿足設計指標要求。

針對國產(chǎn)鋁蜂窩芯外形尺寸較小的現(xiàn)況，研制人員則在短時間內(nèi)突破了大尺寸、高性能鋁蜂窩芯生產(chǎn)的技術瓶頸，快速實現(xiàn)了國產(chǎn)蜂窩芯在基板中的無拼接應用。

不過，一個繞不開的問題是，隨著國產(chǎn)化材料的應用，太陽翼基板和連接架的結(jié)構力學特性發(fā)生了變化，在同樣的力學環(huán)境下，連接架局部的受力情況有所改變。對此，研制人員又針對結(jié)構的變化改進工藝方法，降低了產(chǎn)品的缺陷率和不合格品發(fā)生率。

如今，神舟十一號飛船的正常入軌、太陽翼帆板順利展開，也意味著國產(chǎn)太陽翼結(jié)構首次經(jīng)過了在軌驗證。

太空也有App

在人們的電腦和手機中，一款好的軟件和App可能會極大地提高工作效率。神舟十一號飛船上也有這樣的App——一款由航天科技集團公司五院西安分院研制的飛船上的儀表控制器應用軟件。

這款App，不僅匯集了神舟十一號飛船14個分系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，而且能夠顯示與飛船和航天員相關的54幅頁面圖，還能夠為飛船的自主應急返回尋找最佳的落點。

根據(jù)五院專家的說法，有了這樣一款智能的太空App，航天員就可以一目了然地掌握自己和神舟飛船的所有情況。

開發(fā)這款App的西安分院研究員張赤萍，被稱作“神鍵手”。據(jù)她介紹，在航天員所使用的儀表下方，有一排分別標著姿態(tài)綜顯、地圖環(huán)控、計劃熱控、推進等一系列的按鈕。航天員會根據(jù)飛行任務的需要選擇相應的畫面來顯示。

在神舟十一號飛船上，共有14個分系統(tǒng)，當飛船各個分系統(tǒng)開始工作的時候，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會匯集到數(shù)管分系統(tǒng)。張赤萍說，這時，太空App就開始對數(shù)據(jù)進行匯總，并轉(zhuǎn)換為航天員可以直觀識別和操作的內(nèi)容，最終在儀表上顯示出來。

至此，航天員就可以通過太空App時刻直觀地掌握飛船各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

吳華軍是這款App的另一個“神鍵手”，他說，這樣的設計更符合人機工效學原理，提高了航天員的工作效率，減輕了航天員的負擔。在未來的空間任務中，他們還將根據(jù)需要適當開發(fā)具有部分娛樂功能的界面，以便緩解航天員的精神壓力。

飛船“小門神”

在執(zhí)行這次神舟十一號、天宮二號任務過程中，航天員要在太空飛行30多天，其間要經(jīng)歷多次穿艙活動，都需要打開和關閉艙門；航天員在艙內(nèi)時，維持其正常生活的氣體不能泄漏，艙門是否密封良好具有決定性作用，因此精準快速檢測艙門的密封性至關重要。

根據(jù)五院專家的說法，早期的飛船采用整艙加壓，通過監(jiān)測艙壓的變化來檢測艙門的密封性。這種方法準確、可靠，但耗時較長，對于早期無人飛船任務來說影響不大。

但對載人飛船分秒必爭的航天員空間試驗任務來說，卻會浪費大量時間，因此迫切需要改進檢測手段，縮短檢測時間。

艙門快速檢漏儀就是在這一背景下研制的，實現(xiàn)了對艙門和對接面的快速、準確檢漏，填補國內(nèi)在該領域的空白。也因此，這個由航天科技集團公司五院510所研發(fā)的設備，被稱作飛船“小門神”。

五院的專家表示，“小門神”已成為載人航天飛行器的“標配”設備。其原理很簡單，當艙門關閉后，門體上的兩道密封圈與門框之間會形成一個小空間，這時，“小門神”利用了艙門的特有結(jié)構，向小空間內(nèi)充入一定量的檢測氣體，通過監(jiān)測小空間內(nèi)壓力的變化，來判斷艙門的密封情況。

如果發(fā)生泄漏，艙門快速檢漏儀會立刻發(fā)出報警指示。形象地說，它就像個衛(wèi)士一樣，告知“家”的主人——航天員：“門沒有關好，存在危險，您暫時不能入住?！焙教靻T對艙門進行處理，經(jīng)過再次檢漏合格后，才能順利入住艙內(nèi)。

根據(jù)中國載人航天工程辦公室的說法，到2020年前后，中國將在太空中建成自己的空間站。在五院的專家看來，“小門神”艙門快速檢漏儀在載人飛船上的成功應用，將為空間站等后續(xù)航天器艙門和各種對接密封面檢測積累經(jīng)驗。

來源：《中國青年報》endprint