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
航天員翟志剛安全順利出艙。申凱元攝
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?！奔夹g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，對歷次飛行數據進行再分析、再確認，量身定制調校數據，確?？刂凭珳实轿?，目的只有一個——“讓航天員乘組放心使用、用得放心”。
把國產設備送上天
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品，這也是飛船上唯一沒有實現(xiàn)國產化的單機設備。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?！凹夹g必須自立，不讓中國航天受制于人?！北羞@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據后，又開展了數十種參數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?！痹撗b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，放射源衰減對產品性能有沒有影響，復雜空間環(huán)境對核心器件、產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。
