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第16章 “神舟七号”——太空行走(1)

2004年底,当全国人民还沉浸在“神舟五号”首次载人航天飞行圆满成功的巨大喜悦中时,中国载人航天工程已经启动了“神舟六号”“神舟七号”乃至更加长远的计划。

“神舟七号”载人飞船是中国“神舟号”飞船系列之一,于2008年9月25日21时10分04秒988毫秒从中国酒泉卫星发射中心载人航天发射场用“长征二号F”火箭发射升空。飞船于2008年9月28日17时37分成功着陆于中国内蒙古四子王旗主着陆场。“神舟七号”飞船共计飞行2天20小时27分钟。

“神舟七号”是中国第三个载人航天飞船。神舟七号飞船全长9.19米,由轨道舱、返回舱和推进舱构成。神七载人飞船重达12吨。“长征2F”运载火箭和逃逸塔组合体整体高达58.3米。

从“神舟七号”开始,中国进入载人航天二期工程。在这一阶段里,将陆续实现航天员出舱行走、空间交会对接等科学目标。整个二期工程的所有发射任务全部由“长征2号F”火箭担任。

“神舟七号”的诞生

2004年12月,中央正式批复载人航天工程第二步第一阶段立项,飞船系统启动了“神舟七号”的方案设计和攻关工作。2005年4月,“神舟六号”飞船还在发射前的测试阶段,“神舟七号”飞船已完成了轨道舱结构方案设计报告评审。在推进舱和返回舱变化不大的情况下,这意味着实际上“神舟七号”飞船的方案已经形成了。

“神舟五号”、“神舟六号”是在前四艘无人飞船的基础上改进而来的。“神舟七号”飞船轨道舱改成气闸舱,是个全新的产品,要重新做结构强度、振动、力学、热真空等各种试验。这使得做计划时的未知因素大大增加了,不仅要考虑每次试验需要什么保障条件,要达到什么目的,还要考虑试验失败该怎么应对。

经过各部门的通力合作,研究人员终于攻克了一道道技术难关。当“神舟七号”飞船壮观地竖立在眼前,科研人员的心中不是喜悦,而是紧张。

从综合测试开始,原来各自分头工作的小团队,组成一个大的飞船试验队,所有系统集中成一个大系统。此后长达1200小时的测试,是“神舟一号”以来时间最长的一次测试,但总的来说,整个过程十分顺利。

2008年1月,完成正式模拟飞行测试;完成3组9名航天员参加的人船联合测试;

2月,完成整船振动和噪声力学试验;

3月,完成整船热真空试验和整船泄复压试验;

4月,完成飞船、地面联合测试和人、船、地联合测试;

7月6日,“神舟七号”飞船发射试验队出征发射场;

9月6日,飞船加注推进剂;

9月25日,“神舟七号”飞船以良好的状态做好了发射升空的一切准备,屹立在发射场。

知识点中国成为第三个掌握空间出舱活动技术国家

翟志刚完成出舱活动后顺利返回“神舟七号”飞船轨道舱,中国载人航天工程取得了又一具有里程碑意义的重大技术突破。中国也随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。

1965年3月,前苏联航天员列昂诺夫由“上升2号”飞船出舱行走,实现了人类历史上的第一次太空行走。同年6月,美国航天员怀特在乘“双子星座4号”飞船飞行时实现出舱行走。43年来,掌握太空行走技术的国家数量一直没有发生变化。

中国从1992年开始实施的载人航天工程并确立了分三步走的发展战略。掌握太空出舱活动这一关键技术,意味着为实施下一步的空间交会对接,最终实现建立空间站的目标奠定了坚实基础。

着陆场系统一步步改进

着陆场系统是为“神舟七号”回归保驾护航的。

“神舟六号”飞船载人航天任务一结束,着陆场系统的科研人员就开始备战“神舟七号”了。载人航天工程靠的是大协作,其中凝聚着无数科技工作者的心血和智慧,对着陆场系统而言,就是要倾尽全力、履职尽责,让“神舟”飞船安全回家。

载人航天工程着陆场系统包括主副着陆场、陆上应急搜救、海上应急搜救、通信和航天员医监医保5个分系统。针对“神舟七号”载人飞船多人多天、航天员出舱、傍晚返回等特点,技术人员对系统进行了重新设计,通过优化整合和综合集成创新,使系统建设更加科学可靠、经济实用。

与其他系统相比,着陆场系统比较特殊的一点就是涉及的单位多、参试人员和设备多,对于总体协调工作来说,遇到的问题和困难就可想而知了。为了确保试验任务万无一失,工作人员在任务前组织了近百次联调和测试演练,确保了系统以“零问题”状态参加任务。

“神舟七号”飞船飞行任务中,要求着陆场系统有一些相应变化,空中搜救指挥平台、无线电跟踪测量设备、卫星导航定位系统等都是在系统内首次亮相,共同为“神舟七号”飞船和航天员的安全返回保驾护航。

从“神舟一号”任务开始,着陆场系统始终处于不断地探索和发展过程中。为最大限度提高着陆场系统的费效比,在总体方案的设计上,始终坚持了以最小投入发挥最大效能的设计原则,在保证搜救效果的前提下,尽可能减少人员与设备的投入。“神舟七号”着陆场区的配备力量有所改变,一些搜救设备也有所改进。

“神舟七号”飞船的搜救方案,将原来“空中为主,地面为辅”的模式改为“空中救援航天员,地面处置返回舱”。所有针对航天员的搜救工作都由空中力量完成,这样可以大大缩短抵达着陆点的时间,提高快速反应能力。

搜救模式的改变带来了着陆场区力量配备的变化。通过最大限度地压缩地面力量,把原来陆地上升段的4个应急救生区压缩成3个,把主、副着陆场的力量加以综合利用。如此一来,虽然航天员人数增加了,但通过优化,不仅没增加搜救力量,反而减少了直升机的数量。

在前六次飞行任务结束后,经过不断总结,在“神舟七号”任务着陆场系统的总体设计方案中去掉了一些可靠性不够高的设备,新研制加装了性能更加可靠的搜索定向仪,为直升机添加了可供夜间搜索使用的探照灯和红外设备,还为航天员配备了铱星手机,大大提高了系统的可靠性。

“神舟七号”和“神舟六号”相比,大的状态变化主要有三个方面:第一,要执行出舱试验任务,这是我国载人航天工程第二步第一阶段要突破的关键技术;第二,飞船是满载的,就是承载三名航天员,这样就达到了“神舟”飞船的额定能力;第三,“神舟七号”飞行期间要进行一些卫星通讯的新技术试验。

作为我国载人航天工程二期的首次飞行,“神舟七号”飞船的航天员空间出舱活动成为最大突破。专家们制定了有害气体控制等30多项出舱期间的应急预案来保证航天员的安全。而使航天员从舱内环境过渡到舱外真空环境的飞船气闸舱,则是由我国自主研制成功,且首次投入使用。

知识点着陆场为何多次选在内蒙古中部草原?

“神舟一号”到“神舟七号”飞船均在这片位于内蒙古中部的草原成功着陆。为何多次选择这里作为神舟飞船的主着陆场呢?

四大原因使这片草原成为神舟飞船当仁不让的“娘家”。

一是飞船从草原上空多圈次通过。“为使飞船返回着陆的机会尽可能多,着陆场应选在飞船运行的船下点轨迹尽可能多圈次通过的地域,或是利用返回舱在大气层飞行时所具有的横向机动能力使其可能达到的地区。四子王旗的杜尔伯特草原符合这些条件。”

二是这一地区的场地开阔。这里以畜牧业经济为主,牧民基本定居,大多孤门独户,人烟稀少,每平方千米人口不超过10人,特别是房屋和高大树木的占地面积少于千分之一,便于地面、空中回收部队发现目标并及时调运。

三是草原地势平缓。杜尔伯特草原海拔1000米到1200米,属沙质草原,没有大的河流、湖泊,有利于返回舱的安全着陆和对航天员的快速救援。

四是杜尔伯特草原的天气状况总体良好。这里属中温带大陆性气候,全年干燥少雨,空气能见度高,各项指标均符合飞船返回对气象的具体要求。

中国人的又一次骄傲

108盏聚光灯将发射场区照得亮如白昼,58.3米高的船箭组合体和105米高的发射架散发出水晶般的光泽。

2008年9月25日20时10分,距“神舟七号”飞船发射预定时间还有整整1个小时。

执行中国第三次载人航天飞行任务的航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏,已进入“神舟七号”飞船返回舱。这是“神舟”飞船第一次迎来3位乘客。

从酒泉卫星发射中心到北京航天飞行控制中心,从内蒙古四子王旗主着陆场到远在大西洋的“远望三号”航天远洋测量船,以及神州大地上所有在电视机前期待的人们,都在等待又一个辉煌时刻的来临。

9月25日17时30分许,“神舟七号”航天员出征仪式在酒泉卫星发射中心航天员公寓问天阁举行。

成功发射

9月25日20时20分,三位航天员在“神舟七号”载人飞船上调试设备,等待发射。

离发射还有40分钟,启动泵被按下。环抱着火箭的第三组平台开始旋转,30度、90度、180度……乳白色的船箭组合体完全展露在世人眼前。灯光下,整流罩上的五星红旗图案格外醒目耀眼。

“15分钟准备!”

塔台上的人员全部撤离。完成了发射前一切准备工作的3位航天员,静静地躺在距离地面50多米高的返回舱内。

“5分钟准备!”

3位航天员再次检查调整束缚带,关闭面窗,镇定地等待飞天时刻的到来。

“神舟七号”发射“……5、4、3、2、1。”随着零号指挥员清晰有力的倒计时口令,所有人都屏住了呼吸。

“点火——”

1500米外的移动发射平台上,一股橘红色的火焰从“长征二号F”火箭底部猛地喷射出来。

1,2,3,4……足足4秒钟时间,火箭仍稳稳地坐在发射平台上。

这4秒的停滞,犹如跳水运动员在起跳前猛地将跳板踏下以积蓄力量一样,现在这股蓄积的力量——604吨的巨大推力开始托着火箭徐徐升起。

火箭底部喷出的几千摄氏度的高温烈焰,在几秒钟内就将导流槽中数百吨的水变为蒸汽。烈焰与蒸汽被压迫着从左右两侧的槽口喷薄而出,如同巨大的蘑菇云腾空而起。高达数十米的烈焰,一刹那将整个戈壁映照得如同白昼。

北京时间2008年9月25日21时10分许,中国自行研制的第三艘载人飞船“神舟七号”,在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭发射升空。

“神舟七号”发射轰鸣声渐高渐远……第12秒,火箭的尾部像被什么力量拽了一下,高速飞行的箭体向着东南方向微微拐了一个弯。越飞越快、越飞越远的火箭,渐渐成了夜幕中的一个亮点。

第120秒,“逃逸塔分离”——这意味着火箭和飞船越过了最危险的上升段前两分钟;第136秒,“助推器分离”——火箭进入52千米高空,捆绑在箭体上用以增加推力的4支小火箭完成了使命;第159秒,“一、二级分离”——在飞过平流层和中间层之后,火箭芯一级自动脱离,芯二级就要和飞船一起接近大气层的边缘;第200秒,“整流罩分离”——火箭已经飞出稠密的大气层,“神舟七号”在太空中露出自己的真面目——飞船不再需要整流罩地保护了……

“‘神舟七号’报告:舷窗打开!”当听到从110千米的高空中传来翟志刚清晰的报告声,酒泉卫星发射中心指控大厅内,首飞太空的“航天英雄”杨利伟鼓起掌来。

几分钟的时间是如此漫长,又是如此短暂。第583秒,火箭以7.5千米/秒的速度,将飞船送到近地点200千米、远地点350千米的椭圆轨道入口。而此时,火箭的燃料也消耗殆尽,即将与飞船告别。

“神舟七号”在太空9月25日21时30分许,“神舟七号”飞船正常入轨。

9月26日凌晨4时零5分,“神舟七号”载人飞船成功变轨。变轨成功后,飞船已由沿椭圆轨道运行变为沿圆形轨道运行。

关注出舱

9月27日上午,3名航天员交替休息,为即将进行的舱外活动养精蓄锐。飞船发射升空之后,航天员进行舱外航天服组装、适应性训练等各项任务,对体力消耗很大,需要通过充足的休息进行恢复,把身体和心理调整到最佳状况。

第一次实施舱外活动的难度和风险前所未有。出舱活动前,航天员要做的准备工作非常严谨而且细致,首先是调整好身体和心理状态。“神舟七号”乘组第一次设置了指令长这个岗位,担任指令长的是01号航天员翟志刚,也是由他来进行出舱活动。02号航天员刘伯明在轨道舱来协助01号翟志刚进行穿航天服以及科学试验等一系列工作。03号航天员景海鹏在返回舱进行支持。

在持续三四个小时的准备活动中,两名航天员依次完成了穿好舱外航天服、气闸舱泄压、吸氧排氮等动作。

下午1时33分,“神舟七号”返回舱门关闭,航天员开始执行太空行走任务。

随后翟志刚和刘伯明两人开始穿舱外航天服。3时20分左右,两人全副武装,其中担任出舱任务的翟志刚身着“飞天”舱外航天服,刘伯明则身着俄制“海鹰”舱外航天服。

3时40分,两人将舱外航天服逐步加压,而轨道舱则慢慢泄压,直至逐步接近真空状态。

4时16分,北京航天飞控中心发出出站指令。差不多同时,轨道舱第一次泄压完毕,舱内气压由一个标准大气压降至70千帕,当舱内气压降至两千帕时可满足航天员出舱条件。

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