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打造航天员的“千里眼顺风耳”,青岛科技“硬核”护航

2023-11-12 21:57    青报观象山

心至苍穹外,目尽星河远。不久前,神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场着陆,三位航天员“太空出差”回家,再一次让全国人民为之振奋。“接站”过程中,第一时间确定返回舱位置的,是一家来自青岛的科研机构——

中国电科第二十二研究所(以下简称22所)通过研制定向仪等核心设备,打造了覆盖陆海空天一体化的搜救网络,为我国航天返回舱的着陆提供了满满的“安全感”。

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22所载人航天搜救回收技术团队部分成员在任务现场

这是青岛科技广泛参与我国航天事业的剪影。在“飞天”旅程中,以22所为代表的驻青院所,以青岛理工大学、青岛科技大学为代表的驻青高校,还有以青岛海尔生物医疗股份有限公司、青岛海丽雅集团有限公司为代表的青岛企业都深度参与其中。

从发射到回收,从硬件设备到软件系统,青岛科技助力飞天圆梦,为我国航天事业提供了最“长情”的陪伴。

01

“千里眼”让宇宙深空“触手可及”

从地球到太空是一条遥远的征途,如果能实时“看到”飞船飞行过程中的每一个姿态,就可为飞船提供更好的护航。

在这个领域,青岛有一位“大拿”——青岛理工大学机械与汽车工程学院教授、博士生导师赵正旭。他从事航天科技研究30余年,开启了我国航天测控可视化技术的发展之路。

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赵正旭(左六)及其团队成员

赵正旭团队研制了我国具有自主知识产权的航天飞行控制实时三维可视化系统,可以将飞船飞行过程中产生的海量数据在0.1秒内进行“实时翻译”,并驱动控制中心屏幕上的飞船模型调整位置与姿态,让地面控制人员可在第一时间看到飞船“实况”。就像一双“千里眼”,可观察并指导飞船以更好的姿态运行。

多年来,赵正旭团队一次次让万千观众对“飞天”有了更直观的感受,让我国在航天可视化领域彻底摆脱了对国外平台的依赖,核心技术达到国际领先水平。载人航天工程“天宫”系列、“神舟”系列和空间站建设、探月工程“嫦娥”系列、火星探测可视化任务“天问一号”……现在,这项技术在国家重大航天工程已经“无处不在”。

成功发射之后,就进入了“太空作业”的关键环节。在这个环节,硬核科技的支持也必不可少。在我国首次火星探测任务“天问一号”中,青岛科技大学的研究成果协助探测器在着陆段利用光学相机获取火星表面图像,完成精确着陆;在“嫦娥五号”任务中,浦芮斯光电贡献的“磁光开关”器件相当于“嫦娥五号”的眼睛,让它在登上月球和飞离月球时可以感知月球的三维方位和飞行速度……

青岛科技锻造的“千里眼”让宇宙深空“触手可及”,为航天工程的顺利开展提供了硬核支撑和保障。

02

更多青岛硬核科技助力“飞天”

“空中作业”完成后,能否顺利返程是关乎任务成功与否的“决胜环节”。在这个环节,青岛科技也提供了关键支撑。

卫星、航天飞船等空间飞行器以很高的速度返回地球,冲出与地面中断联络的“黑障区”后便会打开降落伞。连接返回舱和降落伞用的绳子叫垂挂吊索。如果使用传统钢缆,两条垂挂吊索的重量可高达上百公斤。要知道,发射过程中,重量每增加一公斤可能意味着发射成本增加上百万元。

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海丽雅工作人员展示其研发的绳缆

为此,海丽雅集团成功研发出了纤维复合缆,并通过不断优化和改进编织结构、成绳工艺,逐步将垂挂吊索的重量降低到5公斤内。别小看这两条绳索,它们重量虽轻,力量巨大——用这两条“绳子”,可以同时拉起相当于近20头成年大象的重量。

随着降落伞的打开,返回舱会发出第一个信号。每一次,22所的设备都能第一时间捕捉到这个信号,并迅速根据信号确定返回舱的着陆位置。

这没有时差的“听力”,得益于一款叫做定向仪的核心装备。定向仪产品采用无线电“呼叫-应答”模式,受外部环境因素影响更小,无论风霜雨雪还是寒暑昼夜,都能及时捕获、精准定向,引导搜救力量快速抵达落点,被誉为返回舱回收的“顺风耳”。

22所载人航天搜救回收技术团队负责人宋磊介绍,自上世纪90年代初以来,该所已经相继开发出150多套相关装备,不仅实现了100%国产化,还确保作用距离等核心指标实现了全球领先。以这些设备为支撑,我国载人航天工程着陆场系统构建起近中远程搭配、海陆空协同的立体化搜救引导网络,实现了对返回舱从开伞到着陆全过程的跟踪定位,使我国搜救定向技术站到世界前沿。

多年来,团队的成员有时在距离海边3000海里的大洋上,有时在广袤无边的荒漠中,在没有信号、无法与外界联络的寂静等待中,他们一次次聆听到了返回舱发出的“第一声呼唤”。

03

需进一步提升“显示度”

现在,中国载人航天事业从发射载人飞船,到突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,再到建造空间站,已经实现“三步走”的跨越式发展,创造“发发成功、次次圆满”的纪录。

面向未来,青岛还要继续练好“内功”,“常态化”参与我国航空事业。

要打破科研院所、高校、企业等不同主体之间的信息沟通“壁垒”。通过汇聚“政产学研金服用”等创新要素,为航天技术、产业发展整合要素、耦合资源,形成不同主体之间的上下游关系,“集中力量办大事”,争取体系化参与航天工程。

高能级参与航天事业还要有“产业思维”,关注“配套”产业领域。今年,国家重点研发计划青岛部市联动项目成果转化示范基地挂牌,将依托仪器仪表领域的专业园区,一体化推动青岛承担科学仪器领域全国重大科技成果产出和落地,可以为航天装备提供仪器设备支撑。

太空经济是未来航天发展的“主战场”,也是科技成果转化高地。除了仪器仪表等硬件设备,先进材料、信息通信、光电传感、智能制造、数据处理等与人类社会智能化信息化水平息息相关的先进技术创新,都与航天科技密切相关。

根据NASA测算,在载人航天领域每投入1美元,将得到9美元收益回报。从顶层设计入手,青岛正加码推动航天相关产业领域发展。

青岛市第十三次党代会报告提出,筑牢实体经济根基,构建具有国际竞争力的现代产业体系。为此,要重点发展24条产业链,还要超前布局未来产业,抢占发展制高点。其中,空天信息这一未来产业被重点提及。

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天启卫星物联网产业园项目开工现场

空天信息产业是战略性新兴产业,也是支撑产业和社会数字转型的重要产业。在这一新兴产业领域,青岛正加速布局。例如,青岛空天动力结构安全研究所在西海岸新区揭牌已成立,发力破解发动机自主研发和安全服役运行的难题,将有效集聚空天动力新兴产业项目;天启卫星物联网产业园开工建设,主要建设我国首个低轨卫星物联网星座——“天启星座”青岛卫星地面站和数据运营中心,以及东北亚数据运营中心,该项目将推动卫星测控、物联网、传感器、数据分析应用、芯片等空天产业链聚集发展。

从“嫦娥”揽月、“天问”探火到“羲和”逐日,从“神五”到“神十七”,从首次太空飞行到长期驻守空间站,“神舟”往来天地间、“天宫”矗立宇宙中、“天舟”横渡星河外……“星辰大海”的征程中凝聚着青岛科技工作者的心血。我们期待着,青岛科技持续逐高攀新,为中国航天事业中贡献更多青岛力量。

(作者 耿耿)

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