天宫上的西安元素

西安晚报 2016-09-16 00:00 大字

昨晚，我国第一个真正意义上的空间实验室——天宫二号在橘红色火焰推举下一飞冲天。从天宫二号升空到在轨运行，“西安元素”扮演着重要的角色。

西安乡党

搭建完美天梯

推举天宫二号升空的是长征二号F运载火箭。作为长征二号F运载火箭一、二级及助推级发动机的研制单位，位于西安航天基地的航天科技集团六院科研人员为运载火箭打造的强健“心脏”，为天宫二号的飞天搭建了完美天梯。

承担天宫二号及后续神舟十一号飞行发射的运载火箭是有着功勋火箭、金牌火箭之誉的长二F火箭，已经拥有十一次发射十一次成功的骄人发射纪录。

天宫二号推进分系统位于空间站资源舱内。设计人员借鉴了飞船推进舱推进子系统设计方案，采用双元恒压挤压式推进系统，系统共配置20多台不同推力的姿轨控发动机，并新研制了金属膜盒贮箱、复合材料气瓶等设备，实现了以型号产品为牵引的航天液体动力创新发展。

如果说发动机是运载火箭的“心脏”，那么涡轮泵就是发动机的“心脏”。处于发动机核心地位的涡轮泵是在高速、高压、高温介质以及大振动的极端环境下工作，因此成为发动机中最易破坏、故障率最高的组件。从某种意义上说，涡轮泵的可靠性决定了发动机的工作可靠性。稳妥可靠、万无一失，是发动机涡轮泵研制的唯一选择。

“载人航天用发动机涡轮泵，都是我们用从鸡蛋里挑骨头的苛刻态度选出来的。”在型号产品质量评审会上，六院11所科研人员曾调侃地说出这句话，但这确实是研制过程中的真实写照。对在发射天宫二号用火箭发动机涡轮泵的研制和交付中，该所的科研人员在一个多月的时间里，对600余张设计图纸进行了再次审核，对数十项技术状态再次进行确认，对20余份计算文件重新分析，对上千台涡轮泵试验数据再次深入研究，对数万个产品尺寸测量结果及装配数据记录进行再次审验核查……在涡轮泵生产试验过程中，11所的科研人员从130多台次合格的产品中优中选优，力求完美、可靠，优选后产品的“淘汰率”竟达到了84％。

西安制造搭建“神经系统”

天宫二号空间实验室成功发射后，要确保与地面通信的实时畅通，就要依靠航天科技集团五院西安分院搭建的“神经系统”——中继终端。

“中继终端就好像人体的神经系统，负责控制和调节其他各系统的工作情况。”西安分院载人航天总体室主任余晓川介绍说，在地面的移动电话通信过程中，如果信号时断时续会直接影响通话的质量，确保信号的畅通主要依赖地面基站的建设及收发效能。而在天宫二号空间实验室中，要保持与地面信息传输的通畅，中继终端发挥了重要的作用。

在天宫二号空间实验室与地面通信的过程中，天宫二号所使用的中继终端产品将与中继卫星天链一号的三颗卫星共同组成测控网络，实现天基测控和数据中继服务。而在组成天基测控网并实现中继服务的四个航天器（包括天宫二号以及三颗天链中继卫星）中，中继终端产品以及三颗中继卫星的载荷产品都是由西安分院来承担研制的。

为了实现对中继卫星的快速捕获并建立数据传输链路，西安分院在天线设计中创造性地提出了中继用户终端天线指向模型和天线精密指向算法，实现了中继终端天线大空域范围、长时间对天链一号卫星的自主精度指向跟踪，确保了在天宫二号空间实验室信号的实时传输和畅通。

西安力量打造智能太空APP

航天科技集团五院西安分院为天宫二号空间实验室打造了一款智能太空APP，通过这款APP，航天员对天宫二号的所有情况就能全面掌握。

开发这款APP的西安分院仪表控制应用软件研制负责人张赤萍介绍，他们为天宫二号研制的仪表控制器应用软件，不仅汇集了天宫二号13个分系统的所有数据，而且能够显示与天宫二号和航天员相关的52幅页面图，通过这一个APP，航天员就可以一目了然地掌握自己和天宫二号的所有情况。

当航天员点击姿态综显按钮之后，与天宫二号相关的开机时间、轨道控制时间、飞行速度等近20项信息都会显示在屏幕上，航天员通过这些数据来判断飞行的状态。

APP还可以显示天宫二号全姿态图、交会对接画面等与天宫二号相关的52组画面，实现了图形、文字的智能化处理与显示，为航天员执行任务提供了清晰、直观、舒适的显示界面。张赤萍说：“这样的设计更符合人机工效学原理，提高了航天员执行任务的效率，减轻了航天员的负担。”

西安智慧为天线网络“大瘦身”

在天宫二号空间实验室中，有一个长、宽、高为20cm×20cm×9cm大小的产品，这就是由航天科技集团五院西安分院研制的天线网络。它虽然“身子小”，但有着大本领，它是天宫二号收发信号的大枢纽。

“如果将天线网络比作快递中转站的话，那么转进和转出的快件，就像是天宫二号上一路路的信号。”西安分院天线网络研制负责人朋毅说，天宫二号上十余副天线的信号接收和发送都是通过天线网络来为其提供信号通路的。所以，天线网络更像是航天员收发信息的集散地。

天线网络小小的身躯里承载着强大的功能。据朋毅介绍，当天宫二号接收和发送的信号通过天线网络时，其首先要对信号进行选择，并通过天线网络中的双工器对信号杂波进行过滤，然后转换为可接收或发送的信号。航天员在太空中接收的所有信息正是通过天线网络这个信息的集散地来接收和传输的。

西安分院的研制人员通过创造性的设计提出了用三个通道实现两路信号通路的方法，他们为两个通道设置了一个公共腔体，而这个公共腔体由三个膜组成，最终仅仅用三个腔体就实现了两路信号的通路。朋毅说：“这一项设计就使天线网络的体积减少至原有体积的三分之一。”

本版文/记者关颖图/新华社

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