大国重器 | 月下棹神舟 星夜赴天河:细数神舟十三号与线缆人的那些事
比天空更加广阔的,是人类的胸怀与梦想。
2021年10月16日,搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭,在酒泉卫星发射中心按照预定时间精准点火发射,翟志刚、王亚平、叶光富三位中国航天员乘神舟十三号再征太空,开始我国迄今为止时间最长的载人飞行。
和他(它)们一起仰望天空的,不仅有中国航天人,也有线缆人。伴随探索浩瀚宇宙的进度加速,航空航天领域的“线缆力量”正在一步步崛起。
“飞天”特种电缆是如何炼成的
神舟十三号飞船重约8吨,为轨道舱-返回舱-推进舱三舱构型。返回舱是航天员起飞和返回所在地,是庇护所,也是指控中心;推进舱为飞船提供动力、能源,并带有环境控制和通信等部分设备;轨道舱则是航天员在飞船独立飞行时进行休息、餐饮、如厕的地方,也是飞船通往空间站的必经通道,在其顶部安装有对接机构。
量产型神舟飞船结构示意图
在此过程中,符合各种特殊要求的电缆及其组件组成了“血管筋脉”,通过传输电力与电气信号、数字与控制信号,发挥电力、信息传输的“中枢神经”作用,为神舟十三号的正常运行提供了必不可少的保障。
在神舟十三号载人飞船的研制中,国内众多线缆企业为其提供了持续的配套,承担了多款线缆的研制和保障任务。点火装置中的点火缆、航天员使用的出舱缆、发射平台所用电器控制系统中的特控电缆等等,都事关着神舟十三号的安全飞行。
尤其是遍布运载火箭“身体”里的电缆,在飞船发射进入轨道前,牵动着每一个线缆人的心。事实上,飞船所有的信号元件,包括计算机、电器控制、电源控制和信号的传输等,全都通过这根小小的电缆来实现。
据介绍,运载火箭对零部件的可靠性、准确性以及体积和重量的控制有着十分严苛的要求。为了确保线缆产品质量和性能稳定可靠,从原材料选择及检验、过程工艺质量控制到成品检验检测,再到物流运输全流程严格把控,必须做到“零失误”。
比如,按照技术要求,用于火箭上的超高温电缆,要在一分钟以内承受住瞬时温度1000度以上的超高温燃烧,才能保证信号传输不中断。这对电缆的各种性能都是一个极大的考验。
产品质量控制,就像在刀尖上的舞蹈。在神舟系列产品精密的生产制造过程中,技术工人更是以工匠的“毫厘精神”追求极致。为了生产出经得起检验的“飞天”电缆,拉丝、绞线、挤出、成缆、编织……十多道工序环节中,大家对每一个技术细节都精雕细琢,对每一道工序都精益求精。
航天员太空“出差”半年怎么用电
载人飞船供电系统中,航天器电源系统的可靠性及安全性,一直是航天器系统重点关注的问题之一。对于飞船而言,电力系统是其核心组成部分,它必须能够在极端环境条件下仍然保持极高的可靠性。
飞船电缆网作为联系全船各分系统、各舱段的钮带和桥梁,主要负责对飞船所有装船的用电设备进行供电和传递信号。供配电属于整船的服务系统,会根据飞船电源分系统的设置以及负载要求进行合理配电,并在设备内设置不同的供电母线,以分段分时控制。
那么,载人飞船上的电是从哪里来的呢?一般来说,载人飞船的发电站有太阳能发电、核能发电、燃料电池供电和蓄电池供电等方式。采用哪种方式供电,要根据载人飞船要求的用电功率、在空间停留时间和使用条件等来决定。
载人飞船需要太阳帆板(即太阳冀)和蓄电池协同工作在光照区,用太阳能电池一边给载人飞船供电,一边为蓄电池充电。载人飞船飞行时,在光照区用太阳能电池发电、供电,在阴影区用蓄电池供电。
为了实现与天和核心舱、天舟二号、天舟三号共同组成的一字型组合体的径向交会对接,发射窗口具有唯一性特点。而由于在径向对接口停靠,神舟十三号的太阳能电池帆板将长期被空间站大型柔性太阳电池翼和大柱段舱体遮挡,需要空间站为飞船并网供电。
在神舟十二号飞行任务期间,研究人员已经开展了空间站并网供电试验,确保神舟十三号能够通过这条并网专线获取需要的电能。另外,为满足飞船长期停靠的需求,轨道舱配电器最大并网供电能力需要达到1400w,工程师们对此进行了大范围调整以及多项适应性更改。
“整个空间站系统,空间站三舱+神舟飞船+货运飞船,电源的能量是可以互相传动、互相补充的。其中,为了确保航天员的安全,采用了低压电源系统的神舟飞船将作为受电端,接受来自空间站的并网供电。”有关人员表示。
值得一提的是,2021年6月,全国首个千万千瓦级风电基地在甘肃酒泉建成。酒泉市并网风电装机累计达到1039万千瓦,预计到“十四五”末,风电装机将达到2025万千瓦。丰富的新能源资源为此次神舟十三号发射注入了绿色电力。
造就一条通信“天路”需要几步
在神舟十三号载人航天活动中,要想完成天地通话,需要空间站、天链中继卫星和地面站三者的共同参与,在天地之间打造一条宽带、高效、可靠的通信传输“天路”。如何研制出符合要求的航空航天用通信线缆,考验着每一个参与其中的线缆企业。
各种各样的固定站、车载站、便携站、地面终端站等,是保证载人空间站长期在轨运行数据传输的关键。同时,监控中心系统作为天地话音图像的管理和指挥中心,拥有大带宽通信能力,能够在天地之间实现语音、视频图像的双向传递,让航天员和地面人员进行实时交互。
此外,为保证我们能够清晰地看到空间站的直播画面,国家还紧急开通多个5G基站,实现东风基地场区内及发射区5G信号全覆盖;对区域内4G网络及重保基站进行优化扩容,全面提升网络质量和用户感知;开通东风基地至中央广播电视总台155M电路,完成全程多路由保护;为中国之声开通2M电路、固定电话等,同时提供国内、国际语音通信服务,保障现场直播需求。
结语
心中若无千秋业,哪来盛世百花开。
中国载人航天工程的每一座里程碑,都是每一名航天人带着梦想和信念,向着光芒一步一步走出来的。
对线缆人来说,为中国航天“星辰大海”的梦想保驾护航,理应不负重托,不辱使命。