神舟十三號(hào)載人飛行任務(wù)圓滿成功

這趟“太空之旅”閃耀江蘇科技智慧

新華日?qǐng)?bào) 2022年4月20日 第12版

本報(bào)記者 楊頻萍 謝詩(shī)涵 張宣

探索浩瀚宇宙，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)。4月16日9時(shí)56分，搭載翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員的神舟十三號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸，三名航天員平安凱旋，神舟十三號(hào)任務(wù)取得圓滿成功。

發(fā)射、出艙、返航，神舟十三號(hào)任務(wù)的圓滿完成，離不開(kāi)背后默默奉獻(xiàn)的航天人，他們守護(hù)著航天員在太空平安充實(shí)地度過(guò)每一天。這些航天人中，不乏江蘇高校和科研院所工作人員的身影。

南航人持續(xù)為航天員“保駕護(hù)航”

在航天飛行過(guò)程中面臨失重、亞磁場(chǎng)、噪聲、輻射等特殊環(huán)境，航天員的健康狀態(tài)對(duì)于航天任務(wù)的完成有較大影響，特別是對(duì)于長(zhǎng)期飛行而言。南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院豐俊東副教授領(lǐng)銜的核技術(shù)與航天醫(yī)學(xué)工程課題組，聚焦航天特因環(huán)境，服務(wù)保障航天員身體健康。

神舟十三號(hào)飛船入軌后，將與空間站核心艙進(jìn)行徑向交會(huì)對(duì)接，這也是神舟飛船首次進(jìn)行徑向交會(huì)對(duì)接。航天器對(duì)接時(shí)存在一定的相對(duì)速度，由于航天器的質(zhì)量大，對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能比較大，為了減少對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)和撞擊，對(duì)接機(jī)構(gòu)內(nèi)部采用了電磁阻尼器消耗對(duì)接能量，航天學(xué)院王小濤副教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一套電磁阻尼器高低溫測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試空間環(huán)境下電磁阻尼器的阻尼特性是否滿足設(shè)計(jì)要求。該測(cè)試系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用到包括神舟十二號(hào)、十三號(hào)飛船在內(nèi)的多個(gè)神舟系列飛船任務(wù)中。

南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院王莉教授領(lǐng)銜的“智能配電系統(tǒng)”團(tuán)隊(duì)面向空間站等載人航天任務(wù)，開(kāi)展航天器智能并網(wǎng)控制及保護(hù)技術(shù)研究，針對(duì)空間站組合體復(fù)雜構(gòu)型后各飛行器帆板遮擋引起的能源均衡配置和使用問(wèn)題，建立控制模型，將固態(tài)功率控制器技術(shù)應(yīng)用于空間站系統(tǒng)各智能配電器中，實(shí)現(xiàn)功率的通斷控制和安全保護(hù)；采用智能并網(wǎng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間站系統(tǒng)多飛行器之間能源系統(tǒng)并網(wǎng)供電，解決了能源的最優(yōu)利用和統(tǒng)一調(diào)配問(wèn)題。

2021年11月7日，航天員翟志剛、王亞平身著我國(guó)新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙成功出艙，航天員出艙背后凝結(jié)了眾多科研人員的智慧和心血。應(yīng)航天員中心、上海宇航系統(tǒng)工程研究所委托，南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院張得禮副教授領(lǐng)銜課題組，參與研制“水下機(jī)械臂及其智能控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)逼真地模擬了空間站出艙活動(dòng)的機(jī)械臂轉(zhuǎn)運(yùn)以及定點(diǎn)作業(yè)支持工況，是出艙活動(dòng)任務(wù)工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和航天員訓(xùn)練的重要保障。

研制過(guò)程中，課題組面向模擬失重環(huán)境的中性浮力水槽航天員訓(xùn)練任務(wù)，開(kāi)展了水下機(jī)械臂控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)以及供配電支持系統(tǒng)的學(xué)術(shù)研究與工程研制。據(jù)介紹，課題組研制的內(nèi)容作為整系統(tǒng)核心指揮樞紐，突破了基于多傳感融合和基于優(yōu)化算法的水下路徑規(guī)劃技術(shù)、水下機(jī)械臂人機(jī)交互控制技術(shù)、虛擬孿生的大尺寸空間碰撞檢測(cè)預(yù)測(cè)技術(shù)、水下安全監(jiān)控技術(shù)等，有力保障了整系統(tǒng)的可靠、高效運(yùn)行，是水下機(jī)器人控制技術(shù)在載人航天模擬失重訓(xùn)練應(yīng)用的一次突破。

東南大學(xué)研制空間站力學(xué)傳感器

太空“出差三人組”的順利“回家”，也為我國(guó)空間站任務(wù)航天員長(zhǎng)期在軌工作帶來(lái)了重要信息。此次飛行任務(wù)利用東南大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)研究院宋愛(ài)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)研制的空間站航天員在軌操作力測(cè)量傳感器與測(cè)量設(shè)備，完成了航天員在軌指捏力、手握力、推拉力、雙手插拔力、雙手旋轉(zhuǎn)力矩、單臂/雙臂/手輪旋轉(zhuǎn)力矩、手部多維力和足部多維力的精準(zhǔn)測(cè)量，獲取了微重力環(huán)境下人的操作力和生物力學(xué)等重要測(cè)量數(shù)據(jù)。據(jù)悉，這套設(shè)備具有便攜、固定和常態(tài)三種測(cè)量功能，是空間站航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域平臺(tái)的重要設(shè)備。

“航天員在失重環(huán)境下完成任務(wù)時(shí)，其動(dòng)作姿態(tài)和觸力與地面上不同。長(zhǎng)期在軌工作時(shí)，由于缺少重力影響，人處于肌肉松弛狀態(tài)，因而可能導(dǎo)致肌肉功能退化。想要更好地了解航天員長(zhǎng)期在軌典型姿態(tài)下操作力的變化規(guī)律，就需要航天員在6個(gè)月里定時(shí)開(kāi)展飛行試驗(yàn)任務(wù)?！彼螑?ài)國(guó)告訴記者，考慮到飛船空間有限，傳感器和測(cè)試設(shè)備都要做到輕量化、小型化、高可靠和低功耗。這套測(cè)量設(shè)備采用組合式模塊化的設(shè)計(jì)思路，將一批力學(xué)傳感器集成在一個(gè)抽屜大小的儀器箱內(nèi)，安裝于空間站中。

據(jù)介紹，此套設(shè)備可有效記錄航天員完成各種操作任務(wù)的操作力變化數(shù)據(jù)，是建立操作力和生物力學(xué)在長(zhǎng)期失重環(huán)境下隨時(shí)間變化模型的關(guān)鍵?！帮w船艙門要設(shè)計(jì)多大力才能打開(kāi)？控制手柄應(yīng)該如何設(shè)計(jì)才更方便航天員操作？這些寶貴信息為未來(lái)我國(guó)空間站任務(wù)航天員長(zhǎng)期在軌工作提供了依據(jù)?！彼螑?ài)國(guó)說(shuō)。

14所“智慧眼”全程跟蹤飛船返回

在此次神舟十三號(hào)返回任務(wù)中，中國(guó)電科14所以“跟蹤測(cè)量立體連續(xù)，落點(diǎn)預(yù)報(bào)快速準(zhǔn)確”為目標(biāo)，多部雷達(dá)全程連續(xù)跟蹤返回艙，形成全鏈路測(cè)量，護(hù)送航天員順利回家。中國(guó)電科14所相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，相較于神舟十二號(hào)傳統(tǒng)的返回模式，神舟十三號(hào)采用了快速返回技術(shù)，這對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)提出了更高的連續(xù)穩(wěn)定跟蹤測(cè)量的要求，14所測(cè)量團(tuán)隊(duì)也面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

為了形成高精度、高可靠的測(cè)量能力，14所對(duì)多部測(cè)量雷達(dá)進(jìn)行了升級(jí)改造，多型號(hào)具備對(duì)目標(biāo)成像功能，通過(guò)精準(zhǔn)的坐標(biāo)測(cè)量和精細(xì)的成像處理，確保雷達(dá)不會(huì)“看走眼”。

返回艙以超高音速再入大氣層時(shí)，表面包裹著一層等離子鞘套，能吸收和反射電磁波，使返回艙與外界的無(wú)線電通信嚴(yán)重衰減，甚至中斷，這就是空間目標(biāo)再入大氣時(shí)引起的“黑障效應(yīng)”，也是無(wú)線電跟蹤測(cè)量亟待解決的難題。

“我所測(cè)量雷達(dá)通過(guò)采用智能化的鞘套判別、復(fù)雜波形設(shè)計(jì)等多種鞘套目標(biāo)探測(cè)跟蹤技術(shù)緊盯神舟返回艙，為航天員回家保駕護(hù)航。”相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，測(cè)量雷達(dá)不僅有望遠(yuǎn)鏡的功效，還很智能，它們就像燈塔，為航天員提供安全的回家路徑，因此也被譽(yù)為“智慧眼”。