神舟十一號飛船
長征二號F遙十一火箭發射的載人飛船
神舟十一號,簡稱“神十一”,為中國載人航天工程發射的第十一艘飛船,是中國第六次載人飛行任務,也是創造中國載人航天在軌飛行時間的新紀錄的重要里程碑。
神舟十一號於2016年10月17日發射升空,進入預定軌道;於2016年10月19日與天宮二號實現自動交會對接工作,形成組合體;於2016年11月18日進入返回程序,返回艙降落主著陸場,完成載人任務完成。
2016年3月,中國空間技術研究院508所完成了神舟十一號回收著陸分系統降落傘子系統產品的驗傘、包傘工作。
2016年6月,神舟十一號任務航天員乘組乘組完成定選,神舟十一號載人飛船通過出廠評審。
2016年8月14日,空間實驗室系統與神舟十一號系統兩總參加了天宮二號與神舟十一號飛行任務發射場區指揮部會議。
2016年10月17日7時30分,中國在酒泉衛星發射中心使用長征二號FY11運載火箭將神舟十一號載人飛船送入太空。
神舟十一號飛船
2016年11月9日,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平在中國載人航天工程指揮中心,同正在天宮二號執行任務的神舟十一號航天員親切通話,代表黨中央、國務院和中央軍委,代表全國各族人民,向他們表示誠摯問候。
2016年11月17日12時41分,神舟十一號飛船與天宮二號空間實驗室成功分離,航天員景海鵬、陳冬將踏上返回之旅。
2016年11月18日下午,神舟十一號載人飛船順利返回著陸。
2016年11月23日,神舟十一號返回艙開艙儀式在北京舉行,進行搭載物品移交工作。
1.為天宮二號空間實驗室在軌運營提供人員和物資天地往返運輸服務,考核驗證空間站運行軌道的交會對接和載人飛船返回技術;
2.與天宮二號空間實驗室對接形成組合體,進行航天員中期駐留,考核組合體對航天員生活、工作和健康的保障能力,以及航天員執行飛行任務的能力;
3.開展有人參與的航天醫學實驗、空間科學實驗、在軌維修等技術試驗,以及科普活動。
2016年10月17日7時30分,搭載兩名航天員的神舟十一號載人飛船由長征二號F遙十一運載火箭成功發射升空,升空212秒后,整流罩部分按原定計劃與箭體分離,墜向榆林市榆陽區東部地區。經過搜救人員和當地群眾的協力搜索,兩塊整流罩分別於當日8時30分許,在榆陽區麻黃梁鎮東清水河村紀家河后畔小組、大河塔鄉西堯則村西堯則小組被發現。
經上報和確認,整流罩主體殘骸及附著的電子采編存取器(“黑匣子”)、高壓氮氣瓶、高空分離發動機、高空逃逸發動機等部件均順利完成回收,榆林市神舟十一號整流罩應急搜索工作全面完成。
這是因為未來的載人空間站軌道位置較高。過去神舟十號與天宮一號對接時,軌道高度是343公里,而神舟十一號和天宮二號對接時的軌道高度是393公里,比過去高了50公里。這與未來空間站的軌道高度基本相同,飛行也更加接近未來空間站要求。飛得更高對飛船的要求也更多,這意味著交會對接時飛船的控制與神舟十號不一樣,還需要連續變軌。
這是因為這次飛行要進一步考核神舟飛船作為人員物資天地往返運輸工具的性能。任務期間神舟十一號要進行4項在軌試驗項目:包括寬波束中繼在軌驗證試驗、變軌控制驗證試驗、帆板任意偏置角跟蹤太陽功能驗證試驗、微生物控制試驗。
通過這些試驗進一步驗證飛船設計功能,獲取和積累載人環境相關的飛行試驗數據。
這是是因為此次任務中,航天員需完成組合體30天中期駐留任務,比神舟十號的15天翻了一倍。在這一個月中,要保障航天員的生活健康,也要保證航天員執行飛行任務的能力,飛船在駐留、應急、返回方面的保障能力就需要比過去更強。
神舟十一號飛船入軌后,2天內完成與天宮二號的自動交會對接,形成組合體,航天員進駐天宮二號,組合體在軌飛行30天。期間,2名航天員將按照飛行手冊、操作指南和地面指令進行工作和生活,按計劃開展有關科學實驗。完成組合體飛行后,神舟十一號撤離天宮二號,並於1天內返回至內蒙古四子王旗著陸場,天宮二號轉入獨立運行模式。
航天器的交會對接,第一步要讓兩個飛行器在彼此距離相隔上萬公里的太空能互相找到。所謂交會是指兩個航天器接觸之前,慢慢接近的過程。要求兩個航天器在同一時間到達軌道上同一個位置,而且是要一個近似相同的速度。
飛船入軌后,地面人員將根據兩個飛行器軌道的偏差來控制飛船變軌,經過若干次修正之後,飛船將一點一點接近天宮,直到相距約50公里的位置。神舟飛船經過2天的飛行,最終與天宮相見,接下來則要進行對接。這個過程需要兩個航天器自主完成,所以需要不斷地確認位置關係,調整自己的姿態和速度,做到步調一致才行。
所謂對接,簡單來講就像火車車廂之間的掛鉤連接。航天器之間的對接,也需要這樣的過程,要保證兩個重達8噸多的飛行器嚴絲合縫地對接到一起,對精度有著非常高的要求。
在對接過程中,兩個航天器的相對速度要從之前的每秒7.8公里降到每秒0.2米,飛船上有像手一樣的捕獲裝置,會先伸出手來把天宮二號緊緊抓住。通過飛船上交會對接的測量敏感設備,主動捕獲天宮二號,然後逐漸靠近。對接過程中,小到指甲大小的齒輪和針頭大小的介面,都要嚴絲合縫對在一起。順利完成對接后,二者開始在太空中連體飛行。
神舟十一號飛船
2016年11月17日12時41分,神舟十一號飛船與天宮二號空間實驗室成功分離,航天員景海鵬、陳冬踏上返回之旅。
神舟十一號飛船
神舟十一號飛船上配備了寬波束中繼子系統,它能極大提高中繼終端使用範圍和工作能力,確保天地鏈路可靠性。力爭使飛船每時每秒都能與地面連接上。
光學成像敏感器是交會對接的眼睛,這一次交會對接的眼睛升級了。在“天宮二號”及以後的空間站任務中,交會對接會變成一項常態化任務,對接環境也將更複雜,這就對光學成像敏感器提出了更高要求。
之前神舟飛船與天宮一號的交會對接任務中,應用的都是CCD成像敏感器。本次神舟十一號與天宮二號的對接,採用新一代光學成像敏感器CRDS。升級版的CRDS產品在太陽雜光抑制能力、識別目標敏感度上有了大幅提升。敏感器首次捕獲時間也由原來的約十秒縮短至不到幾百毫秒。
神舟十一號在配置上進行了優化,存儲了更多食品、飲水等航天員支持用品,滿足航天員駐留需求。飛船上設有應急返回系統,以保障航天員安全。
神舟十一號與天宮二號對接成功后,航天員要在組合體中完成30天中期駐留任務,長時間的駐留工作必須保證能源供應,這就需要太陽能帆板長時間對準太陽,為此組合體需要連續偏航。而在連續偏航過程中,部分設備會長期對著太陽,還有部分設備長期曬不到太陽。因此,神舟十一號飛船改進和優化了熱控設計,以消除組合體連續偏航引起的返回艙溫度過低、設備容易結露的風險,和推進艙、貯箱、發動機溫度過高可能超上限的風險。
神舟十一號飛船太陽翼連接架百分之百國產化、基板除聚醯亞胺薄膜外其餘全部國產化,這不僅代表著508所複合材料專業能力的極大提升,也達到了國內同類複合材料產品的國產化率最高水平。
神舟飛船太陽翼基板和連接架是508所複合材料專業最重要的產品之一。2014年4月,神舟十一號飛船原設計方案面臨進口碳纖維等原材料受限問題,508所迅速反應,積極開展了剛性基板和連接架國產化技術方案論證。該所充分調研可選國產材料,開展了大量工藝試驗和模擬計算,驗證了國產化替代方案的可行性。有效的基礎工作、有力的證據材料使得國產化剛性基板和連接架方案得到飛船項目辦和有關專家的一致認可。
在研製過程中,508所圍繞國產碳纖維、鋁蜂窩的材料特性開展了工藝技術攻關。針對國產碳纖維工藝性較差、易損傷的特點,508所不斷優化工藝參數、改進操作方法,確立了適用於國產碳纖維的一整套工藝方案,研製出的碳纖維零件的外觀質量、外形尺寸、內部質量和力學性能等均滿足設計指標要求。針對國產鋁蜂窩芯外形尺寸較小的現況,508所與供貨商聯合開展了技術改造,在短時間內突破了大尺寸、高性能鋁蜂窩芯生產的技術瓶頸,快速實現了國產蜂窩芯在基板中的無拼接應用。
由於國產化材料的應用,太陽翼基板和連接架的結構力學特性發生了變化,在同樣的力學環境下,連接架局部的受力情況有所改變。對此,508所積極配合設計單位開展結構優化與模擬,並針對結構的變化改進工藝方法,降低了產品的缺陷率和不合格品發生率,大大提高了產品的力學承載能力,確保了後續各項力學試驗的順利通過。
飛行期間,地面醫療團隊將綜合利用醫療問詢、基本生理指標檢查、尿常規檢測、心肺功能檢查等手段,定期對航天員實施健康狀態的評估。更加註重飛行期間艙內微生物的控制,並且配備了預防治療的一些藥品和相關的醫療器械,以此來保證航天員的健康。首次建立起了天地遠程醫療支持系統,通過天地協同會診解決航天員的在軌“看病”問題。
天空二號配備了防護裝備和鍛煉設備來盡量降低失重對航天員帶來的不利影響。如航天員可以使用套袋來解決飛行初期這種頭暈和鼻塞等不適反應。通過使用拉力器自行車的鍛煉,工作時穿著企鵝服,可對心肺功能下降,對肌肉萎縮和骨丟失進行綜合防護。
此次任務可提供近百種航天食品,食譜周期達到五天,膳食結構也更加科學,以滿足航天員在軌飛行期間的能量攝入和他們的營養需求。同時也考慮了一些個性化的需求,並增強了食品的感官接受性。
由於本次飛行任務時間較長,在專業心理醫生,親情交流和航天員團隊支持的基礎上,進一步通過完善技術支持手段提高對航天員的心理支持力度。比如基於虛擬現實技術的心理舒緩系統;升級天地信息交流系統,以方便航天員與地面進行雙向的溝通;支持收發郵件,視頻和音頻電話,以此來緩解航天員的壓力,保證航天員的心理健康。
神舟十一號飛船乘組包括指令長景海鵬和航天員陳冬,形成一老一新的搭配。
航天員的這次乘組的選拔經過了初選和定選的兩個階段。
1.初選階段:對所有的現役的航天員從思想政治素質、身體素質、心理素質以及知識技能等方面進行了全面考核。在經過嚴格考核的基礎上,初選選出四名航天員;
2.定選階段:四名航天員針對這次任務進行心理、操作技能等方面的訓練。並按照考核標準和評定流程進行綜合考評。最終經選評委員會確定乘務組人選。
2016年11月9日,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平來到中國載人航天工程指揮中心,同正在天宮二號執行任務的神舟十一號航天員景海鵬、陳冬親切通話,代表黨中央、國務院和中央軍委,代表全國各族人民,向他們表示誠摯問候。
綜合測試指揮:張福生系統總設計師:張柏楠
總裝操作指揮:張舸
GNC分系統測試指揮:李志宇
回收著陸分系統副主任師:賈賀
結構機構分系統火工品主管:羅毅欣
資料來源:
對接目標
天宮二號是在天宮一號備份目標飛行器的基礎上改進研製而成,採用實驗艙和資源艙兩艙構型,為滿足推進劑補加驗證試驗需要,對推進分系統進行了適應性改造;為滿足中期駐留需要,對載人宜居環境進行了重大改善,具備支持2名航天員在軌工作、生活30天的能力,設計在軌壽命2年。
飛船組成
神舟十一號與神舟十號飛船技術狀態基本一致,根據任務和產品研製需要,部分技術狀態進行了更改,停靠天宮二號執行30天組合體飛行任務,具備獨立飛行5天的能力。
長征二號FT2與之前的T1火箭、Y11火箭與之前的Y10火箭技術狀態基本一致,為進一步提高安全性與可靠性,進行了部分技術狀態更改;長征二號F運載火箭為捆綁式二級液體運載火箭,芯級直徑3.35米,捆綁4枚助推器,助推器直徑2.25米。
測控通信
酒泉發射場系統以及測控通信系統主要技術狀態基本不變,與神舟十號基本一致。
著陸場地
內蒙古四子王旗主著陸場,承擔神舟十一號飛船返回艙搜救和回收任務。
飛行乘組
2016年10月16日,執行神舟十一號載人飛行任務的飛行乘組公布,共計2人,分別為:
圖片 | 神舟十一號飛船 | 神舟十一號飛船 |
姓名 | 景海鵬 | 陳冬 |
性別 | 男 | 男 |
擔任 | 指令長 | 協助員 |
運載物品
神舟十一號移交的搭載物,既有搭乘神舟十一號飛船飛行33天的物品,也有跟隨天宮二號空間實驗室飛行66天,由神舟十一號航天員帶回的物品,包括有:
1、解放軍總醫院科研團隊的醫學實驗生物樣本。
2、香港特別行政區中學生設計的太空實驗及實驗裝置。
3、雲南、寧夏、陝西和天士力集團等搭載的特色農作物和藥材種子(種苗)。
4、西藏和山東搭載的紀念哈達、濰坊風箏等。
技術突破
1、為滿足本次任務要求,調整了軌道控制策略和飛行程序,使神舟十一號飛船能夠適應本次任務交會對接軌道和返回軌道高度由343千米提高到393千米的要求。
2、為進一步提高安全性可靠性,新配備了寬波束中繼通信終端設備,顯著擴大了測控覆蓋範圍,提升了飛船姿態快速變化時的天地通信保障能力,從而提高了航天員的安全性和飛船的可靠性。
3、為驗證未來航天技術,滿足未來空間站交會測量設備長壽命使用要求,對神舟十一號的交會測量設備進行了升級換代。
4、神舟十一號艙內照明設備(近距離泛光照明)和交會對接照明設備(遠距離投光照明)使用LED光源,即固態照明光源。
5、採用熱控分系統和環控生保系統進行溫度控制,通過流體流動將船上產生的熱量傳遞給外部輻射器,再通過輻射器將熱量輻射到太空中,保障航天員在空間飛行的特殊環境下安全生活和正常工作,為航天員營造一個溫暖如春的居住環境。
6、配製艙門快速檢漏儀,實現對艙門和對接面的快速、準確檢漏,維持艙內正常生活的氣體。
7、安裝儀錶板減振器,通過振動過程中金屬絲之間不斷互相摩擦消耗了大量能量,這部分能量最終變成熱能消失在了周圍介質中。
8、為軌道艙設計了一套厚度約2厘米的外衣,高效隔離空間環境與軌道艙艙壁之間的換熱,外衣表面還有一層華麗的複合膜,來提高飛船對軌道原子氧等粒子的防護能力;在返回艙外表面,噴塗了特殊設計的有機熱控塗層,為保證在軌期間的返回艙溫度條件提供有力支持。
9、研製“逃逸發動機”逃逸救生系統,為航天員放心巡天提供了安全保障。
10、研製當時中國國內回收質量最大、著陸速度最低、可靠性安全性最高、系統最複雜的一套航天器回收著陸系統。
太空保障
執行這次神舟十一號飛行任務的兩名航天員將在軌工作33天,為了保證他們能夠健康生活和高效工作,主要採取措施為:
1、醫健醫保。在飛行期間,綜合利用醫療問詢、基本生理指標檢查、尿常規檢測、心肺功能檢查等手段,定期對航天員實施健康狀態的評估;注重艙內微生物的控制,並且配備了預防治療的一些藥品和相關的醫療器械,以此來保證航天員的健康;同時在首次建立起了天地遠程醫療支持系統,通過天地協同的會診來解決航天員的在軌“看病”問題。
2、失重生理效應防護。神舟十一號配備了一些防護裝備和鍛煉設備來盡量降低失重對航天員帶來的不利影響,如航天員可以使用套袋來解決飛行初期這種頭暈和鼻塞等不適應的反應,通過使用拉力器自行車的鍛煉,工作時穿著企鵝服,對心肺功能的下降,對肌肉萎縮和骨丟失進行綜合的防護。
3、營養健康保障。進一步豐富了航天食品,它的種類有近百種,食譜周期達到五天,膳食結構也更加科學,同時考慮部分個性化的需求,增強食品感官接受性。
4、心理支持。對本次飛行任務時間比較長的特點,加大了心理支持的力度,在專業心理醫生的支持,親情的交流和航天員團隊的支持基礎上,進一步完善了技術支持手段,如研製了基於虛擬現實技術的一個心理舒緩系統,還有升級了天地信息交流系統,方便航天員與地面進行雙向的溝通,可以傳遞郵件,可以與親朋好友進行視頻和音頻的交流,以此來緩解航天員的壓力,保證航天員的心理健康。
實驗活動
飛行任務期間,神舟十一號共開展了40餘項空間科學與應用技術、航天醫學、在軌維修技術等方面的實(試)驗項目,以及科普實驗和展示活動,釋放伴隨衛星並對組合體進行了伴飛拍攝和近距離飛越觀測。
獲獎單位 | 所獲獎項 |
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天宮二號、神舟十一號載人航天任務研製團隊 | 2016年度"影響中國"科技人物 |
● 紀念郵品
2016年11月18日,神舟十一號返回后,中國郵政太空郵局以太空信的形式,神11航天員景海鵬、陳冬親筆簽名,對外公開發行“航天員郵票珍藏冊”,共計8枚紀念郵票,4枚加蓋郵戳紀念封。
神舟十一號任務的圓滿成功,標誌著中國空間實驗室飛行任務取得具有決定性意義的重要成果,為我國空間站建造運營和航天員長期駐留奠定了堅實的基礎。具體來講就是,面向空間站建造運營任務,驗證了航天員中期駐留的生命保障技術、人機協同在軌維修技術,考核了空間站運行軌道的交會對接、組合體運行、載人飛船返回等相關關鍵技術,以及地面長時間任務支持等技術,積累了長期飛行任務管理和組織實施較大規模空間應用試驗的相關經驗。(中國網評)
神舟十一號升空后與天宮二號對接,兩名航天員會在天宮二號內完成一系列在軌科學實驗,為未來中國建造空間立占奠定堅實基礎。(《天天愛科學》評)