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圖:神舟一號飛船在內蒙古中部地區成功著陸
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,驗證飛船關鍵技術和系統設計的正確性,以及包括發射、測控通信、著陸回收等地面設施在內的整個工程大系統工作的協調性。
一、分系統情況簡介
1.飛船系統
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。參加試驗任務的有結構與機構、熱控、電源、制導導航與控制、數據管理、推進、測控通信、回收著陸、環控生保等九個分系統。
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,總質量為7755千克,返回艙采用普通圓傘和著陸緩沖發動機陸地軟著陸,主傘面積1200平方米,著陸速度不大于3.5米/秒。
2.火箭系統發射神舟一號飛船的“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。“長征二號F”火箭是在“長征二號E”火箭基礎上研制的以發射載人飛船為主要目的的運載火箭。
為適應載人航天高安全性和可靠性要求,“長征二號F”火箭除對箭體結構、動力裝置系統、控制系統、遙測系統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等,以提高載人航天的安全性。
“長征二號F”的主要構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。采用常規推進劑,燃燒劑為偏二甲肼,氧化劑為四氧化二氮。火箭加注后質量約480噸。起飛推力600噸。
3.發射場系統
發射場在酒泉衛星發射中心建設,主要由技術區、發射區、試驗指揮區等組成。采用“在總裝廠房垂直總裝、垂直測試、箭船組合體在活動發射平臺上垂直整體運輸”及在測發樓對發射工位上的火箭進行遠距離(1.5千米)測試發控的全新發射模式。這是此次任務中的一大技術亮點。
4.測控通信系統
載人航天測控網是以S波段統一測控系統(采用國際標準體制)為主的陸海基測控網,可國際聯網。參加任務的有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)通過通信網有機結合、協調工作,共同完成對火箭和飛船的測控任務。在原有的航天測控網基礎上,我國新建的符合國際標準體制的陸海基航天測控網,也在這次發射試驗中首次投入使用。飛船在軌運行期間,地面測控系統和分布于公海的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試驗。
火箭上升段的測控任務由東風、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一指揮,西安衛星測控中心作計算備份。
5.著陸場系統
主著陸場位于我國內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。參加搜索回收的設備有直升機和特種車輛。
6.航天員和飛船應用系統
航天員系統和飛船應用系統部分裝船產品參加本次任務開機工作,另一部分裝船產品不開機工作,但也將經受真實的空間環境和力學環境的考驗。
二、任務執行情況
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星發射中心發射。
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秒二級關機,569秒二級游機關機,572.5秒船箭分離后,飛船在青島西南部海洋上空入軌。
發射段“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果表明,飛船準確進入預定軌道: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視,遙測數據表明,飛船建立軌道飛行姿態正確,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。飛行第5圈經過太平洋遠二測量船上空時,飛船發動機試噴成功。北京中心根據試噴后的外測數據進行了控后軌道改進及返回參數和控制量計算。
飛船控制分系統根據發射段、試噴過程及前10圈對陀螺工程遙測參數的監視,確認陀螺工作正常,飛船第15圈采用升力式返回。
飛船第13圈在經過渭南、青島上空時,兩地面站進行返回控制數據注入沒有成功。北京中心根據實際情況,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時進行數據注入。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姿,軌道艙與返回艙-推進艙聯合體分離;然后進行第二次調姿并點火制動成功,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,直升機目視發現目標,地面電掃雷達于3點24分發現目標。
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射與回收,標志著我國載人航天技術獲得了新的重大突破。試驗過程中,成功驗證了飛船關鍵技術和系統設計的正確性,以及發射、測控通信、著陸回收等地面設施在內的整個工程大系統工作的協調性。
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,主要關鍵技術取得突破性進展;發射場設施設備和“三垂”測發模式經受住了實戰考核;新建的載人航天測控通信網工作協調,數據處理正確,指揮、控制無誤;著陸場系統迅捷高效;載人航天發射組織指揮關系初步確立、運轉正常。試驗結果表明,第一次飛行試驗的各項目的已經達到,實現了中央下達的“爭八保九”目標,為載人航天工程后續任務的實施打下了良好的技術基礎。
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距離,例如:為提高航天員安全而增加的火箭逃逸系統和故障檢測系統雖參加了任務,但不具備逃逸功能;飛船十三個分系統中有九個分系統全部參加試驗,有效載荷、乘員、儀表照明三個分系統只是部分設備參加了試驗,涉及航天員安全的應急救生分系統沒有參加試驗;航天員系統和飛船應用系統除個別設備參加試驗外,絕大部分設備是工藝件,不加電工作;著陸場系統沒有啟用副場。本次試驗的技術狀態距無人飛船尚有一段距離,下步的主要技術工作是嚴格把好無人飛船正樣技術狀態,進一步完善各系統的技術方案。
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