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相比其他非載人火箭,改進型“長二F”火箭增加了故障檢查處理系統和逃逸系統,這是火箭系統為確保航天員生命安全提供的重要保障。在“神舟九號”發射任務中,中國航天科技集團公司一院承擔了“長二F”火箭各種類型的大量地面試驗,用可靠的技術提前檢測出火箭可能發生的各種故障,及時消滅隱患。
科研人員在此前“神舟八號”的527種故障狀態仿真試驗的基礎上,重點針對液體發動機推力異常下降故障、控制故檢通信故障和屏蔽手動逃逸等三類故障模式,完成了共計79種狀態仿真下故障判據和門限值的合理性及故檢系統軟件設計的正確性。他們為提高載人火箭的可靠性,盡全力保障航天員的生命安全作出了貢獻。
為確保我國首次載人交會對接任務的圓滿成功,中國航天科技集團公司一院211廠在常規質量保障措施之外,對執行本次任務的改進型“長二F”火箭采取了一系列措施,其中拍照就是一個重要環節。火箭上的插口數量與規格眾多,同時存在位置相鄰、形狀相似都能接上的現象,一不留神就會插錯或碰傷插頭插座,此時多媒體技術就成為總裝質量管控的一大法寶。在211廠,從火箭部件入廠驗收、配套總裝到出廠,“只要有人操作的環節”都會進行拍攝,因此火箭在總裝過程就留下了六千多張照片。這些照片使得檢驗人員面對電腦就可以對總裝過程進行反復核查,為火箭的零缺陷添加了一道安全“防火墻”。
自1992年中國載人航天工程正式開展起來,中國航天科技集團公司四院就一直承擔著逃逸固體發動機的研制重任。在此次“神舟九號”任務中,中國航天科技集團公司四院生產的逃逸固體發動機套組在火箭發射飛行階段為航天員上了“雙保險”, 即當火箭發射后120秒內(高度在0~39km范圍內),一旦發生意外情況,逃逸系統的主發動機將點火工作,能在3秒鐘內把飛船“拽”到1500米開外,幫助航天員瞬間逃生;在火箭在發射后120~200秒(高度在39~110km范圍內),倘若再遇不測,四臺高空逃逸發動機將同時點火工作,帶航天員脫離險境。在此次任務中,除了地面自動啟動逃逸模式,航天員也可以手動啟動逃逸模式。
在“神舟九號”交會對接任務中,當航天員進行兩艙段間的穿梭活動時,艙門在太空環境中打開后再次關閉是否密封良好,必須依靠艙門快速檢漏儀來進行準確判斷;而艙外大功率照明設備交會對接燈不僅為航天員照亮了交會對接目標,也為地球上的觀眾們能夠親眼見證這一激動人心的時刻提供了美輪美奐的光影效果。承擔艙門快速檢漏儀和交會對接燈這兩項研制任務的是中國航天科技集團公司五院510所。艙門快速檢漏儀研制團隊用多年的智慧和汗水,圓滿完成了艙門快速檢漏儀在太空中對艙門密封情況的8分鐘檢測;而交會對接燈研制團隊則在國內外首開先河,采用大功率LED作為聚光照明光源,填補了國內航天用艙外聚光照明產品的空白,為載人航天工程三期空間站建設奠定了照明技術的基礎。
實現載人交會對接,航天員離不開儀表。神舟九號飛船上的14個分系統所有參數內容都要通過數管分系統轉發到飛船儀表上來顯示,而要想將復雜的參數變成航天員可以掌握的直觀數值,儀表控制器應用軟件作為“智能管理員”直接發揮著作用。此次,為神舟九號飛船提供儀表控制器應用軟件技術的是中國航天科技集團公司五院西安分院。14個分系統參數全面匯總、53幅頁面圖全盤掌控飛船動態、兩類確保航天員安全的應急救生模式,是他們攻克了多項技術難關,撰寫出了五萬行軟件代碼的結果。正是他們孕育的“智能管理員”,為航天員執行任務提供了清晰、直觀、舒適的顯示界面,減輕了航天員的負擔和壓力,提高了航天員執行任務的效率。

中國航天科技集團五院西安分院應用軟件研制人員正在進行儀表控制器應用軟件測試
雖然“神舟九號”發動機是在繼承成熟技術的基礎上進行的,但在開展可靠性增長設計和適應性改進過程中,依舊面對前所未有的難度。中國航天科技集團公司六院在使命和責任面前,在發動機設計、生產、制造、試驗、交付等各階段的檢查、測試要求做到“嚴上加嚴”“細上加細”,對每一個零件、部件、組件、整機都必須達到零缺陷和百分之百可靠的要求。為了確保發動機質量,六院創造了“質量跟蹤卡”,這后來成為航天工業的行業標準,在全系統得到推廣。六院11所在短時間內完成改進型長征二號F改進型運載火箭一二級與助推級發動機推力室的三項重大改進設計及試驗驗證工作,保證了神舟九號載人飛船飛向太空和精準入軌。

中國航天科技集團員工對改進型“長二F”遙九火箭進行測試

中國航天科技集團六院發動機裝配場景
如果把“神舟九號”與“天宮一號”比作太空中的舞者,那么推進系統就是實現兩位舞者優美配合動作的力量之源,它的作用是為空間飛行器的軌道轉換和保持及飛行姿態控制、返回艙安全返回等提供動力。
神舟九號飛船和天宮一號目標飛行器的推進系統均由中國航天科技集團公司六院801所研制。這次,當航天員實現手動對接時,“天宮一號”和“神舟九號”的推進系統并沒有停止工作,反而提供了包括平移、俯仰、滾動多個自由度的控制沖量,保證了精準對接按時實現。交會對接成功的時刻,人們由衷地為推進系統完美、準確和精妙的動作喝彩。
六院801所在年研制推進系統歷程中,通過全面系統的地面試驗,摸清了推進系統工作的正確性、匹配性,驗證了故障情況下的有效隔離、控制措施。每臺發動機為了精準完成飛行任務中幾百次的工作任務,在地面都要進行幾十萬次的任務試驗,最高可達60萬次。六院801所在兩年時間內先后交付“神舟八號”“神舟九號”“神舟十號”“天宮一號”及“天宮二號”推進系統共五套產品,均順利完成單機測試、總裝總測及交付后的總體測試,為交會對接任務的成功提供了有力保障。
當神舟九號飛船返回艙帶著耀眼的火光劃破蒼穹從太空返回地球表面時,地面的人們不禁要問,采用什么樣的防熱材料和防熱結構才能確保飛船的安全返回呢?解決這個問題首先要進行大量的地面防隔熱試驗,以驗證飛船是否會因為受熱遭到破壞。中國航天科技集團公司十一院是我國專業從事航天空氣動力研究的大型機構,其下屬的高溫氣體動力學試驗室從2010年起就開始神舟九號飛船返回艙防熱部件地面燒蝕試驗,科研人員在電弧風洞里模擬飛船返回艙不同部位的再入熱環境,對取自防隔熱部件的試件經過數百秒高溫射流的燒蝕考核后給出其防隔熱性能,為設計部門和材料部門提供相關試驗數據,為保證航天員安全返回地球家園立下了汗馬功勞。