2022年4月16日，在神舟十三號載人飛船著陸的最后一段“路程”，有一個位于返回艙底部的剎車“指令員”，正在沉著地測算著返回艙的速度和距地面高度等信息。在飛船返回艙降落至預定高度時，這個“指令員”準確發(fā)出反推發(fā)動機點火指令，使返回艙在反推力作用下平穩(wěn)著陸，確保了航天員安全順利回家。
這個“指令員”，是中國航天科工集團某研究所研制的關鍵設備——伽馬高度控制裝置。從神舟八號起，這套裝置就開始在飛船上運用，在保障神舟系列飛船安全返回任務中發(fā)揮著不可替代的作用。今天，讓我們走近這個神秘的剎車“指令員”，一探究竟。
神舟飛船有個剎車“指令員”
■劉子萱 易 杰 解放軍報記者 王凌碩
智慧剎車有精度保障
伽馬高度控制裝置，其核心技術是伽馬射線探測著陸技術。伽馬射線的探測體制，賦予該裝置穿透地表植被的能力，可精確測量返回艙底部距離地表的高度，精度達到了厘米級。
其具體工作原理為：通過向地表發(fā)射伽馬射線、快速捕獲反射回的射線，在其“大腦”中進行精確計算，實時提取出高度和速度信息，在最佳時機發(fā)出反推點火指令，實現(xiàn)“高速度下高點火高度，低速度下低點火高度”的最優(yōu)點火律，最大限度發(fā)揮反推發(fā)動機的緩沖性能，確保神舟飛船落地時沖擊力在安全限度內，實現(xiàn)飛船返回艙的平穩(wěn)著陸。
“與行車原理一致，不同的速度、不同的剎車距離，都影響著乘坐者的感覺體驗。”技術負責人王征介紹說，為了給神舟十三號航天員回家提供舒適的著陸體驗，他們在這次任務中尤其重視智慧剎車的精度保障。項目團隊在速度自適應匹配高度控制方面，做了充分的仿真試驗，對歷次飛行數(shù)據(jù)進行再分析、再確認，量身定制調校數(shù)據(jù)，確保控制精準到位，目的只有一個——“讓航天員乘組放心使用、用得放心”。
把國產(chǎn)設備送上天
我國載人航天工程啟動之初，所秉持的一個重要理念是：關鍵技術要實現(xiàn)國產(chǎn)化。
1993年，載人航天工程啟動第二年，該技術團隊開始著手用伽馬射線探測著陸技術來研制剎車“指令員”。
長期以來，我國在伽馬射線探測著陸技術上一直受制于人。從神舟一號到神舟七號，一直使用的是國外產(chǎn)品，這也是飛船上唯一沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化的單機設備。某種意義上說，作為飛船的核心關鍵部件，剎車“指令員”肩負著保障航天員安全著陸的重要使命，其重要性不言而喻。
采用伽馬放射源實現(xiàn)高度控制，在當年缺少相關研究，研制難度很大。“技術必須自立，不讓中國航天受制于人。”秉承這一理念，相關技術團隊展開了一次又一次的專項試驗，在獲取大量的試驗數(shù)據(jù)后，又開展了數(shù)十種參數(shù)組合的仿真驗證及電性能驗證，單機級、分系統(tǒng)級聯(lián)合分析驗證，一次次迭代優(yōu)化、再分析、再驗證，在保證高可靠性的基礎上達到性能最優(yōu)。
2000年，技術團隊終于用伽馬射線探測著陸技術研制出剎車“指令員”原理樣機；2008年，它作為備份產(chǎn)品，交付神舟七號；2011年，它隨神舟八號上天，圓滿完成返回艙軟著陸任務。
必須確保萬無一失
載人航天工程是復雜的大系統(tǒng)工程，伽馬高度控制裝置是單機級產(chǎn)品。別看部件單元小，但在每次實現(xiàn)技術創(chuàng)新的突破中，大系統(tǒng)的安全可靠性，都源于各分系統(tǒng)、單機、組件以及每個底層標準件的萬無一失和環(huán)環(huán)相扣。
工程師的每一道指令精準發(fā)出后，只有每一個環(huán)節(jié)和每一個設備都可靠工作、精準響應，才能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的完美表現(xiàn)。
據(jù)該項目負責人葛源春介紹，團隊每位設計師都必須做到熟悉伽馬高度控制裝置全流程的設計、工藝、元器件性能、原材料特性，只有各專業(yè)、各流程、各環(huán)節(jié)之間無縫銜接，才能消除技術風險和管理盲區(qū)，得到滿分。
“干航天，得99分也是不及格！”他們要實現(xiàn)的，就是追求極致、萬無一失。
“成功不等于成熟，一次成功也不等于次次成功。”該裝置從服務神舟八號到服務神舟十三號，已有10個年頭。此次“上船”的伽馬高度表是他們“最新一代的產(chǎn)品”。
相比此前的任務，本次空間站飛船在軌駐留周期從過去的1個月、3個月，增加到了183天。別說飛船在軌飛行時間大幅增加，就是有細微變化，也意味著團隊要面對多項技術更新、調整、優(yōu)化，弄清很多具體問題。比如，放射源衰減對產(chǎn)品性能有沒有影響，復雜空間環(huán)境對核心器件、產(chǎn)品最終性能有沒有影響等。
為了解決這些問題，項目團隊要開展器件性能摸底試驗，對電路參數(shù)影響進行分析，還要進行整機輻射專項試驗評估，作最壞的情況準備。這些，只是大量論證試驗工作的“冰山一角”。
此次返回艙以直立狀態(tài)落地，表現(xiàn)可謂完美。這是繼神舟六號載人飛行任務以來的第二次，充分驗證了伽馬高度控制裝置產(chǎn)品長壽命設計的可靠性和復雜空間環(huán)境適應性，驗證了中長期駐留放射源活度衰減情況下的點火性能，確保了神舟十三號飛行任務的圓滿完成，也為后續(xù)空間站任務的順利開展打下了堅實基礎。