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圖:神舟一號飛船在內(nèi)蒙古中部地區(qū)成功著陸
1999年11月20日至21日,我國進行載人航天工程第一次飛行試驗,主要目的是考核運載火箭性能和可靠性,并利用這一機會,驗證飛船關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計的正確性,以及包括發(fā)射、測控通信、著陸回收等地面設(shè)施在內(nèi)的整個工程大系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性。
一、分系統(tǒng)情況簡介
1.飛船系統(tǒng)
試驗飛船由推進艙、返回艙和軌道艙組成。軌道艙是航天員生活和工作的地方。返回艙是飛船的指揮控制中心,航天員乘坐其上天和返回地面。推進艙也稱動力艙,為飛船在軌飛行和返回時提供能源和動力。參加試驗任務(wù)的有結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、熱控、電源、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制、數(shù)據(jù)管理、推進、測控通信、回收著陸、環(huán)控生保等九個分系統(tǒng)。
飛船三艙總長8米,圓柱段直徑2.5米,錐段最大直徑2.8米,總質(zhì)量為7755千克,返回艙采用普通圓傘和著陸緩沖發(fā)動機陸地軟著陸,主傘面積1200平方米,著陸速度不大于3.5米/秒。
2.火箭系統(tǒng)發(fā)射神舟一號飛船的“長征二號F”運載火箭,是我國為載人航天工程而研制的新型捆綁式大推力運載火箭?!伴L征二號F”火箭是在“長征二號E”火箭基礎(chǔ)上研制的以發(fā)射載人飛船為主要目的的運載火箭。
為適應(yīng)載人航天高安全性和可靠性要求,“長征二號F”火箭除對箭體結(jié)構(gòu)、動力裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)等進一步提高可靠性外,還增加了逃逸救生和故障檢測處理分系統(tǒng)等,以提高載人航天的安全性。
“長征二號F”的主要構(gòu)型為芯級捆綁四個助推器,芯一級、二級直徑3.35米,整流罩最大直徑3.8米,逃逸塔最大直徑為2米,全箭總長58.343米。采用常規(guī)推進劑,燃燒劑為偏二甲肼,氧化劑為四氧化二氮?;鸺幼⒑筚|(zhì)量約480噸。起飛推力600噸。
3.發(fā)射場系統(tǒng)
發(fā)射場在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心建設(shè),主要由技術(shù)區(qū)、發(fā)射區(qū)、試驗指揮區(qū)等組成。采用“在總裝廠房垂直總裝、垂直測試、箭船組合體在活動發(fā)射平臺上垂直整體運輸”及在測發(fā)樓對發(fā)射工位上的火箭進行遠距離(1.5千米)測試發(fā)控的全新發(fā)射模式。這是此次任務(wù)中的一大技術(shù)亮點。
4.測控通信系統(tǒng)
載人航天測控網(wǎng)是以S波段統(tǒng)一測控系統(tǒng)(采用國際標準體制)為主的陸海基測控網(wǎng),可國際聯(lián)網(wǎng)。參加任務(wù)的有3個中心、11個地面站和4艘遠望號測量船。各中心、測控站(船)通過通信網(wǎng)有機結(jié)合、協(xié)調(diào)工作,共同完成對火箭和飛船的測控任務(wù)。在原有的航天測控網(wǎng)基礎(chǔ)上,我國新建的符合國際標準體制的陸?;教鞙y控網(wǎng),也在這次發(fā)射試驗中首次投入使用。飛船在軌運行期間,地面測控系統(tǒng)和分布于公海的4艘“遠望”號測量船對其進行了跟蹤與測控,成功進行了一系列科學(xué)試驗。
火箭上升段的測控任務(wù)由東風、興縣、渭南和青島站完成,東風指控中心指揮。運行段的測控任務(wù)由東風、渭南、青島、廈門、喀什、卡拉奇、和田、南非HBK及4艘測量船完成,返回段由遠三、HBK、和田、東風副場站、主著陸場站完成,均由北京航天指控中心統(tǒng)一指揮,西安衛(wèi)星測控中心作計算備份。
5.著陸場系統(tǒng)
主著陸場位于我國內(nèi)蒙中部二連浩特以南阿木古朗草原,負責在飛船返回時的跟蹤、搜索和回收。參加搜索回收的設(shè)備有直升機和特種車輛。
6.航天員和飛船應(yīng)用系統(tǒng)
航天員系統(tǒng)和飛船應(yīng)用系統(tǒng)部分裝船產(chǎn)品參加本次任務(wù)開機工作,另一部分裝船產(chǎn)品不開機工作,但也將經(jīng)受真實的空間環(huán)境和力學(xué)環(huán)境的考驗。
二、任務(wù)執(zhí)行情況
1999年11月20日北京時間凌晨6時30分3.5秒,“長征二號F”運載火箭載著神舟一號試驗飛船在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射。
火箭起飛后飛行111秒逃逸塔分離,123秒四個助推器分離,155秒一二級分離,197秒整流罩分離,454秒二級關(guān)機,569秒二級游機關(guān)機,572.5秒船箭分離后,飛船在青島西南部海洋上空入軌。
發(fā)射段“長征二號F”運載火箭各級飛行正常,地面測控正確,北京中心入軌十分鐘后的計算結(jié)果表明,飛船準確進入預(yù)定軌道:軌道傾角為42.564度、近地點高度200.04千米、遠地點348.715千米,軌道周期5391.437秒。
飛船入軌后,北京中心對飛船工況進行了監(jiān)視,遙測數(shù)據(jù)表明,飛船建立軌道飛行姿態(tài)正確,太陽電池帆板展開正常并準確捕獲太陽,飛船工作正常。
運行段飛行第3圈時,北京中心計算并通過喀什站向飛船注入了試噴控制參數(shù)。飛行第5圈經(jīng)過太平洋遠二測量船上空時,飛船發(fā)動機試噴成功。北京中心根據(jù)試噴后的外測數(shù)據(jù)進行了控后軌道改進及返回參數(shù)和控制量計算。
飛船控制分系統(tǒng)根據(jù)發(fā)射段、試噴過程及前10圈對陀螺工程遙測參數(shù)的監(jiān)視,確認陀螺工作正常,飛船第15圈采用升力式返回。
飛船第13圈在經(jīng)過渭南、青島上空時,兩地面站進行返回控制數(shù)據(jù)注入沒有成功。北京中心根據(jù)實際情況,馬上通知在大西洋的遠三測量船,準備14圈飛船進入其測控區(qū)時進行數(shù)據(jù)注入。遠三測量船及時捕獲飛船并注入成功。
飛船在軌運行第14圈,于21日凌晨2點53分在南大西洋遠三測量船上空準時進行第一次調(diào)姿,軌道艙與返回艙-推進艙聯(lián)合體分離;然后進行第二次調(diào)姿并點火制動成功,準確進入返回軌道,在巴基斯坦南部卡拉奇站上空140千米高度返回艙與推進艙分離,再入大氣層。
3點20分左右,直升機目視發(fā)現(xiàn)目標,地面電掃雷達于3點24分發(fā)現(xiàn)目標。
返回艙降至10~8千米高度時,降落傘打開,離地約1.2米時緩沖火箭點火,返回艙于3點41分正常軟著陸。地面搜索車輛在4點20分找到返回艙。實際落點距理論落點偏差12千米。
作為我國航天史上的又一里程碑,神舟一號試驗飛船的成功發(fā)射與回收,標志著我國載人航天技術(shù)獲得了新的重大突破。試驗過程中,成功驗證了飛船關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計的正確性,以及發(fā)射、測控通信、著陸回收等地面設(shè)施在內(nèi)的整個工程大系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性。
神舟一號飛船試驗過程中,運載火箭和試驗飛船性能良好、飛行正常、動作準確,主要關(guān)鍵技術(shù)取得突破性進展;發(fā)射場設(shè)施設(shè)備和“三垂”測發(fā)模式經(jīng)受住了實戰(zhàn)考核;新建的載人航天測控通信網(wǎng)工作協(xié)調(diào),數(shù)據(jù)處理正確,指揮、控制無誤;著陸場系統(tǒng)迅捷高效;載人航天發(fā)射組織指揮關(guān)系初步確立、運轉(zhuǎn)正常。試驗結(jié)果表明,第一次飛行試驗的各項目的已經(jīng)達到,實現(xiàn)了中央下達的“爭八保九”目標,為載人航天工程后續(xù)任務(wù)的實施打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
當然,由于是第一次飛行試驗,因此與無人飛船飛行試驗相比尚有一些技術(shù)距離,例如:為提高航天員安全而增加的火箭逃逸系統(tǒng)和故障檢測系統(tǒng)雖參加了任務(wù),但不具備逃逸功能;飛船十三個分系統(tǒng)中有九個分系統(tǒng)全部參加試驗,有效載荷、乘員、儀表照明三個分系統(tǒng)只是部分設(shè)備參加了試驗,涉及航天員安全的應(yīng)急救生分系統(tǒng)沒有參加試驗;航天員系統(tǒng)和飛船應(yīng)用系統(tǒng)除個別設(shè)備參加試驗外,絕大部分設(shè)備是工藝件,不加電工作;著陸場系統(tǒng)沒有啟用副場。本次試驗的技術(shù)狀態(tài)距無人飛船尚有一段距離,下步的主要技術(shù)工作是嚴格把好無人飛船正樣技術(shù)狀態(tài),進一步完善各系統(tǒng)的技術(shù)方案。
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