為何10月16日發(fā)射？如何打造太空之家？神十三問天征途

　　問天征途 神十三打贏決勝之戰(zhàn)

　　□ 本報(bào)記者 陳麗平 廉穎婷

　　這是一場(chǎng)決勝之戰(zhàn)。

　　10月16日0時(shí)23分，搭載著神舟十三號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十三運(yùn)載火箭(簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)二F遙十三火箭”)，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，打贏了我國(guó)空間站建造承前啟后的關(guān)鍵之戰(zhàn)。之后，3名航天員翟志剛、王亞平、葉光富成功進(jìn)駐空間站天和核心艙。

　　這次神舟十三號(hào)飛船發(fā)射任務(wù)，是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段第六次飛行任務(wù)，也是該階段的決勝之戰(zhàn)、收官之戰(zhàn)。

　　一座瞄準(zhǔn)間一支穿云箭

　　在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制的長(zhǎng)二F遙十三火箭塔架旁，有一座方方正正的小房子，距離發(fā)射塔架約150米，這里是火箭的瞄準(zhǔn)間。都說(shuō)火箭發(fā)射“失之毫厘，謬以千里”，這里就是火箭校毫厘之微、蓄千里之力的地方。

　　火箭轉(zhuǎn)場(chǎng)至發(fā)射區(qū)之前，瞄準(zhǔn)人員的工作就開始了。長(zhǎng)二F遙十三火箭地面支持系統(tǒng)發(fā)射隊(duì)員王超說(shuō)：“火箭轉(zhuǎn)場(chǎng)前，瞄準(zhǔn)人員要完成瞄準(zhǔn)儀自檢，核定關(guān)鍵參數(shù)，并開展預(yù)瞄準(zhǔn)試驗(yàn)?！?/p>

　　以“角秒”為單位的瞄準(zhǔn)儀，自檢精確并非易事。王超說(shuō)，1度等于3600角秒，瞄準(zhǔn)儀精度達(dá)0.5角秒，完成如此精度的校準(zhǔn)，對(duì)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)?；鸺l(fā)射前經(jīng)歷近10次瞄準(zhǔn)，要使用兩套瞄準(zhǔn)設(shè)備，在小小的瞄準(zhǔn)間里，火箭院瞄準(zhǔn)人員與發(fā)射場(chǎng)一崗瞄準(zhǔn)人員反復(fù)校正，有時(shí)一校就是一天。

　　長(zhǎng)二F遙十三火箭地面總體發(fā)射隊(duì)員宋晶說(shuō)，瞄準(zhǔn)就是要讓火箭知曉初始方位，精度不僅關(guān)系火箭起飛滾轉(zhuǎn)等動(dòng)作，還關(guān)系火箭殘骸能否落在劃定落區(qū)范圍內(nèi)及飛船入軌精度等，因此瞄準(zhǔn)人員從設(shè)備自檢開始，就進(jìn)入高度緊張狀態(tài)。

　　火箭瞄準(zhǔn)分為粗瞄和精瞄，幾乎貫穿火箭在發(fā)射區(qū)的全流程。對(duì)高度接近20層樓、體重?cái)?shù)十噸的火箭來(lái)說(shuō)，任何偏差都可能導(dǎo)致不可挽回的后果。

　　首次粗瞄在火箭轉(zhuǎn)場(chǎng)后。此時(shí)，火箭扛著數(shù)噸重的載荷，走了近1.5公里的路，在發(fā)射塔架旁剛剛站穩(wěn)腳。粗瞄的首要任務(wù)，就是為火箭正身姿、找定位。

　　全系統(tǒng)發(fā)射演練、緊急關(guān)機(jī)總檢查……每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)之后，火箭都要瞄準(zhǔn)，負(fù)責(zé)瞄準(zhǔn)的“教官”們一點(diǎn)點(diǎn)修正火箭站姿偏差，直到它進(jìn)入執(zhí)行任務(wù)的狀態(tài)，成為一名真正征戰(zhàn)太空的“戰(zhàn)士”。

　　距離發(fā)射越近，瞄準(zhǔn)就越謹(jǐn)慎，推進(jìn)劑加注之后，火箭還要經(jīng)歷一系列嚴(yán)苛的精瞄。

　　經(jīng)過(guò)前期的瞄準(zhǔn)后，火箭位置、身姿已很正，但原來(lái)肚子空空的火箭加注了數(shù)百噸推進(jìn)劑，體重一下子增加了十幾倍，在多重力共同作用下，火箭會(huì)出現(xiàn)一定程度的下沉，此時(shí)瞄準(zhǔn)人員會(huì)為火箭進(jìn)一步核準(zhǔn)站姿等細(xì)節(jié)。

　　火箭從發(fā)射前-6小時(shí)起，精瞄工作高密度展開，瞄準(zhǔn)人員精力高度集中，一遍遍糾正瞄準(zhǔn)參數(shù)。發(fā)射前-5小時(shí)的瞄準(zhǔn)參數(shù)，會(huì)成為最終的瞄準(zhǔn)結(jié)果，與火箭彈道等數(shù)據(jù)一起，裝訂進(jìn)火箭控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，指導(dǎo)火箭執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

　　此時(shí)，瞄準(zhǔn)工作并未結(jié)束。瞄準(zhǔn)人員還要繼續(xù)監(jiān)測(cè)瞄準(zhǔn)參數(shù)，并與-5小時(shí)提供給控制系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)諸元進(jìn)行比較，如果偏差超出規(guī)定值，必須查找原因并解決。

　　發(fā)射前-15分鐘，火箭進(jìn)入發(fā)射倒計(jì)時(shí)，發(fā)射區(qū)大部分隊(duì)員已經(jīng)撤離，此時(shí)火箭狀態(tài)已趨于穩(wěn)定，瞄準(zhǔn)人員終于放下心來(lái)，成為最后一批撤離的人。這時(shí)，往往也是王超心情最復(fù)雜的時(shí)候。坐在撤離的車上，他忍不住一遍遍回頭，望著那枚早已站直站穩(wěn)的火箭。

　　“瞄準(zhǔn)偏差0.1度，入軌點(diǎn)就會(huì)偏差數(shù)百公里，這是瞄準(zhǔn)人員決不允許出現(xiàn)的失誤。”王超說(shuō)。有著10余年火箭瞄準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)、執(zhí)行了近10次長(zhǎng)二F火箭瞄準(zhǔn)任務(wù)，王超從未出現(xiàn)過(guò)這樣的失誤。

　　為何選擇10月16日發(fā)射

　　10月15日，中國(guó)空間站建造階段第二艘載人飛船神舟十三號(hào)進(jìn)入發(fā)射前的最后時(shí)刻。21時(shí)許，飛船開始加電，會(huì)簽流程開始注入，一聲聲“明白”從酒泉現(xiàn)場(chǎng)傳到北京航天飛行控制中心大廳，屏幕上是一片黑夜中的長(zhǎng)二F遙十三火箭。

　　此次發(fā)射選擇在16日凌晨。該時(shí)間段的選擇，是根據(jù)飛船的運(yùn)行軌道、工作條件、核心艙組合體的運(yùn)行狀態(tài)、跟蹤測(cè)控窗口等因素確定的。為了實(shí)現(xiàn)與天和核心艙、天舟二號(hào)、天舟三號(hào)共同組成的一字型組合體的徑向交會(huì)對(duì)接，發(fā)射窗口具有唯一性的特點(diǎn)。

　　“這次任務(wù)有新的挑戰(zhàn)和不同。神舟十三號(hào)將首次采用徑向直接交會(huì)對(duì)接方式，徑向?qū)訝顟B(tài)新、航天員在軌駐留時(shí)間長(zhǎng)、在軌試驗(yàn)難度大、地面提供常態(tài)支持與應(yīng)急控制的要求高?！北本┖教祜w行控制中心主任李劍說(shuō)。

　　10月15日22時(shí)13分，三名航天員進(jìn)入飛船艙內(nèi)，畫面上出現(xiàn)他們身著艙內(nèi)壓力服的身影。進(jìn)入艙內(nèi)后，一系列操作有條不紊地進(jìn)行著。

　　10月16日0時(shí)23分，“滴滴滴”的倒計(jì)時(shí)聲不絕于耳?！捌痫w!”從東風(fēng)的指揮員到北京的總調(diào)度，起飛時(shí)刻的通報(bào)在兩地大廳響起，通過(guò)話音系統(tǒng)的擴(kuò)聲傳遍參加任務(wù)的各個(gè)點(diǎn)號(hào)。

　　582秒后船箭分離，飛船進(jìn)入預(yù)定軌道。分離后約25分鐘，在北京航天飛行控制中心的控制下，神舟十三號(hào)進(jìn)入自主快速交會(huì)對(duì)接模式。

　　“徑向?qū)悠陂g，空間站組合體遮擋和飛船大幅度姿態(tài)調(diào)整，對(duì)中繼測(cè)控和飛船能源帶來(lái)較大影響，測(cè)控支持模式和飛行程序安排調(diào)整變化大，這些都增加了地面狀態(tài)監(jiān)視判斷和應(yīng)急處置的難度?！北本┖教祜w行控制中心副主任張躍東說(shuō)。

　　北京航天飛行控制中心大廳里，通信調(diào)度馬忠正無(wú)暇欣賞神箭的英姿，他的耳機(jī)會(huì)商里傳來(lái)的是圖像話音各個(gè)崗位的匯報(bào)，手上比對(duì)的是切換流程，眼睛里看的是實(shí)際屏幕顯示的圖像結(jié)果，話筒里傳出的是自己的決策口令。這就是每次發(fā)射任務(wù)的常態(tài)。

　　經(jīng)過(guò)6次遠(yuǎn)導(dǎo)控制、尋的段4脈沖控制，飛船到達(dá)中瞄點(diǎn)，隨后調(diào)整俯仰角至90度，分別在徑向停泊至200米和19米處，最終在10月16日6時(shí)56分，與天和核心艙徑向端口對(duì)接，形成天和核心艙、天舟二號(hào)、天舟三號(hào)及神舟十三號(hào)組合體。8時(shí)20分，對(duì)接通道檢漏、復(fù)壓完成，約2個(gè)小時(shí)后，航天員成功進(jìn)入天和核心艙，交會(huì)對(duì)接段圓滿結(jié)束，任務(wù)轉(zhuǎn)入組合體運(yùn)行階段。

　　眾多挑戰(zhàn)在現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視判斷中被克服，“對(duì)解鎖鎖緊完成”的聲音為太空之吻作出見證。

　　天地一體測(cè)控網(wǎng)護(hù)航太空之旅

　　作為此次任務(wù)的軌道計(jì)算備份中心與陸基測(cè)控網(wǎng)調(diào)度管理中心，西安衛(wèi)星測(cè)控中心為任務(wù)全過(guò)程提供關(guān)鍵測(cè)控支持。

　　“渭南，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)!”

　　“青島，USB、雷達(dá)跟蹤正常!”

　　在發(fā)射任務(wù)直播中，伴隨著嘹亮的調(diào)度口令，觀眾可以清晰地看到火箭與飛船的飛行軌跡以及飛船內(nèi)航天員的實(shí)時(shí)畫面，這一切都得益于我國(guó)布局合理、功能完善的USB測(cè)控網(wǎng)。

　　西安衛(wèi)星測(cè)控中心工程師張卓告訴記者，我國(guó)已建成陸、海、天基全面覆蓋的USB測(cè)控網(wǎng)，其綜合性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。這一測(cè)控網(wǎng)在頻段和體制上與國(guó)際兼容，集測(cè)軌、遙測(cè)、遙控、語(yǔ)音、電視等功能于一體，綜合了測(cè)控和天地通信功能，是飛船升空后與地面聯(lián)系的唯一信息線。

　　“在快速自主交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，飛船完全依靠自主運(yùn)行，地面基本不需要干預(yù)控制。這期間，地面主要靠天鏈中繼衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)控?！睆堊空f(shuō)，“陸基USB測(cè)控設(shè)備整體性能相對(duì)更加穩(wěn)定，在太空各種情況都未知的情況下，我們通過(guò)與中繼衛(wèi)星互為補(bǔ)充，組成天地一體測(cè)控網(wǎng)，共同護(hù)航航天員的太空之旅。”

　　火箭點(diǎn)火后，在西安衛(wèi)星測(cè)控中心測(cè)控指揮大廳全新升級(jí)的顯示屏幕上，一條條代表火箭飛行狀態(tài)的曲線，正在隨著火箭的飛行而實(shí)時(shí)變化。

　　火箭飛行約十分鐘后，大屏實(shí)時(shí)畫面與遙測(cè)數(shù)據(jù)同時(shí)顯示船箭分離，軌道計(jì)算崗位科技人員猶如聽到發(fā)令槍響一般，立刻投入到緊張的計(jì)算中。很快，飛船初始軌道與分離點(diǎn)參數(shù)便計(jì)算完成，相關(guān)數(shù)據(jù)同步傳至北京航天飛行控制中心并實(shí)現(xiàn)比對(duì)，為判斷發(fā)射任務(wù)圓滿成功提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

　　“針對(duì)此次任務(wù)的新情況、新特點(diǎn)，我們西安中心通過(guò)改進(jìn)中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，優(yōu)化軌道計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)載人飛船初始軌道以及分離點(diǎn)參數(shù)的快速計(jì)算，盡最大可能確保了時(shí)效性。”西安衛(wèi)星測(cè)控中心正高級(jí)工程師楊永安說(shuō)。

　　在載人航天任務(wù)中，西安衛(wèi)星測(cè)控中心作為軌道計(jì)算備份中心，與北京航天飛行控制中心共同負(fù)責(zé)對(duì)航天器發(fā)射入軌、在軌運(yùn)行、返回再入等階段進(jìn)行精準(zhǔn)跟蹤監(jiān)視與計(jì)算分析。完成計(jì)算后，兩個(gè)中心需通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，確保兩者計(jì)算結(jié)果在誤差允許范圍以內(nèi)，才能實(shí)時(shí)判斷飛船的軌道數(shù)據(jù)、運(yùn)行工作狀態(tài)、返回艙落點(diǎn)等信息。

　　“‘備份’是世界航天界通用的國(guó)際慣例，是為了確保重大航天任務(wù)的穩(wěn)妥可靠、萬(wàn)無(wú)一失特意設(shè)置的。早在載人航天工程啟動(dòng)之初，我國(guó)便在建設(shè)全新任務(wù)控制與指揮中心的同時(shí)，對(duì)西安衛(wèi)星測(cè)控中心進(jìn)行改造利用，充分利用西安中心豐富的衛(wèi)星測(cè)控經(jīng)驗(yàn)，為載人航天任務(wù)的測(cè)控工作設(shè)置牢固‘雙保險(xiǎn)’?！蔽靼残l(wèi)星測(cè)控中心總工程師楊開忠介紹。

　　在對(duì)航天器返回落點(diǎn)的計(jì)算中，該中心提供的落點(diǎn)預(yù)報(bào)能夠?qū)?shí)際落點(diǎn)與理論落點(diǎn)的偏差始終控制在一公里的“十環(huán)”范圍以內(nèi)，為地面搜救贏得寶貴時(shí)間。神舟十二號(hào)載人飛船返回測(cè)控任務(wù)中，該中心計(jì)算出的返回艙理論落點(diǎn)與實(shí)際落點(diǎn)僅相差不足百米，刷新了載人飛船返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度新紀(jì)錄。

　　為航天員打造舒適太空之家

　　在太空，航天員能吃到可口的中國(guó)味道、能享受太空按摩、能實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)，這些都?xì)w功于中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司的技術(shù)和產(chǎn)品。

　　此次隨神舟十三號(hào)飛船出征的食品加熱裝置、氣體流量調(diào)節(jié)閥、液路截止閥、生理信號(hào)測(cè)試盒、心電記錄裝置，主要用于神舟飛船環(huán)控生保分系統(tǒng)和醫(yī)監(jiān)醫(yī)保設(shè)備分系統(tǒng)，它們是“太空廚房”“太空空調(diào)”“太空醫(yī)院”的一部分，這些產(chǎn)品給航天員提供全方位關(guān)懷，為航天員打造舒適的太空之家。

　　“太空廚房”中的食品加熱裝置安裝在飛船內(nèi)，可定量對(duì)航天食品和飲料進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間可調(diào)節(jié)。它是一個(gè)長(zhǎng)寬高均不足30厘米，重量?jī)H為4.4千克的白色方盒，內(nèi)有三層加熱空間，輕輕按下電源開關(guān)，只需耐心等待少許時(shí)間，航天員便可在太空中享受到熱乎乎的飯菜。

　　“太空廚房”里食品加熱器的鎖緊裝置采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，保證航天員能夠自如地掀開“鍋蓋”，這個(gè)小巧精致的鎖由7個(gè)零件組成。

　　全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者李剛，是太空產(chǎn)品的指定裝配專家。為保證航天員能夠自如地掀開“鍋蓋”，李剛反復(fù)摸索拆裝，找到最合適的力矩控制指標(biāo)，既易打開，又能安全抵御發(fā)射飛行過(guò)程中的強(qiáng)大沖擊力。

　　航天員出征時(shí)，佩戴在大腿外側(cè)的生理信號(hào)測(cè)試盒、心電記錄裝置是“太空醫(yī)院”產(chǎn)品，由航天員隨身攜帶，只有煙盒大小，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)航天員飛行過(guò)程中的心電、呼吸、體溫三項(xiàng)生理指標(biāo)，并傳至地面指揮中心，由地面醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行診斷。

　　心電記錄裝置主要對(duì)接收到的航天員心電信號(hào)采樣處理并存儲(chǔ)，可累計(jì)記錄超過(guò)1000小時(shí)，這些數(shù)據(jù)待返回地面后進(jìn)一步分析。

　　這兩種產(chǎn)品在航天員升空、在軌飛行、返回等過(guò)程中均發(fā)揮用途，全程陪同航天員完成整個(gè)飛行任務(wù)。

　　與其他位置固定的設(shè)備不同，這兩種“太空醫(yī)院”產(chǎn)品放置在航天服的口袋外側(cè)，隨著航天員處于活動(dòng)狀態(tài)，這對(duì)它的外形、體積、接插件連接、電氣性能等提出更高要求。

　　生理信號(hào)測(cè)試盒最后成型的壁厚僅1.5毫米，薄壁零件加工受力顫抖，極易變形。趙連海、王東華、蔣霜?jiǎng)Φ燃寄艽髱熝芯吭O(shè)計(jì)出新型工裝，增強(qiáng)零件剛性，選擇合理的加工走刀參數(shù)，并成功避開零件與旋轉(zhuǎn)刀具的共振點(diǎn)防顫，加工的零件平面度滿足要求?！疤蔗t(yī)院”其他結(jié)構(gòu)件也運(yùn)用這種加工方法，產(chǎn)品合格率大幅提高。