这些细节带你看懂“神舟十一号”

中国首次制造太阳翼结构

细心的人可能会留意到，在每次载人飞行任务宣布成功时，都会提到这样一句话：飞船准确进入轨道，太阳帆板展开正常，航天员状态良好。

这其中的“太阳帆板展开正常”至关重要。它意味着，飞船能够采用太阳能供给能量，此后才能逐步启动有效载荷。和此前神舟飞船所带的太阳能帆板不同，神舟十一号的太阳能帆板是第一次采用国产太阳翼结构。

这一结构由航天科技集团公司五院508所研制。根据该所的说法，此次，神舟十一号太阳翼连接架百分之百国产化，基板国产化率达93%，说明该所复合材料的专业能力已达到国内同类复合材料产品的国产化率最高水平。

事实上，这家科研单位之所以能做出这一产品，还是“被逼出来”的。

根据五院专家的说法，神舟十一号飞船按照原来的设计方案一直进展顺利，但到了2014年4月，这一方案遭遇了“进口碳纤维等原材料受限”的问题。怎么办？换方案的可能性不大。研制人员下定决心，使用国产原材料把太阳翼做出来。

根据五院专家的介绍，在研制过程中，五院508所围绕国产碳纤维、铝蜂窝的材料特性开展了工艺技术攻关。针对国产碳纤维工艺性较差、易损伤的特点，研制人员确立了适用于国产碳纤维的一整套工艺方案，研制出的碳纤维零件的外观质量、外形尺寸、内部质量和力学性能等均满足设计指标要求。

针对国产铝蜂窝芯外形尺寸较小的现况，研制人员则在短时间内突破了大尺寸、高性能铝蜂窝芯生产的技术瓶颈，快速实现了国产蜂窝芯在基板中的无拼接应用。

不过，一个绕不开的问题是，随着国产化材料的应用，太阳翼基板和连接架的结构力学特性发生了变化，在同样的力学环境下，连接架局部的受力情况有所改变。对此，研制人员又针对结构的变化改进工艺方法，降低了产品的缺陷率和不合格品发生率。

如今，神舟十一号飞船的正常入轨、太阳翼帆板顺利展开，也意味着国产太阳翼结构首次经过了在轨验证。

太空也有App

在人们的电脑和手机中，一款好的软件和App会极大地提高工作效率。神舟十一号飞船上也有这样的App——一款由航天科技集团公司五院西安分院研制的飞船上的仪表控制器应用软件。这款App不仅汇集了神舟十一号飞船14个分系统的所有数据，而且能够显示与飞船和航天员相关的54幅页面图，还能够为飞船的自主应急返回寻找最佳的落点。

根据五院专家的说法，有了这样一款智能的太空App，航天员就可以一目了然地掌握自己和神舟飞船的所有情况。

开发这款App的西安分院研究员张赤萍被称作“神键手”。据她介绍，在航天员所使用的仪表下方，有一排分别标着姿态综显、地图环控、计划热控、推进等一系列的按钮。航天员会根据飞行任务的需要选择相应的画面来显示。

在神舟十一号飞船上，共有14个分系统，当飞船各个分系统开始工作的时候，所产生的数据会汇集到数管分系统。张赤萍说，这时，太空App就开始对数据进行汇总，并转换为航天员可以直观识别和操作的内容，最终在仪表上显示出来。

载人飞船的“小门神”

在执行这次神舟十一号、天宫二号任务的过程中，航天员要在太空飞行30多天，其间要经历多次穿舱活动，都需要打开和关闭舱门；航天员在舱内时，维持其正常生活的气体不能泄漏，舱门是否密封良好具有决定性作用。因此，精准快速地检测舱门的密封性至关重要。

根据专家的说法，早期的飞船采用整舱加压，通过监测舱压的变化来检测舱门的密封性。这种方法准确、可靠，对于早期无人飞船任务来说影响不大。但对载人飞船分秒必争的航天员空间试验任务来说，却会浪费大量时间，因此迫切需要改进检测手段，缩短检测时间。

舱门快速检漏仪就是在这一背景下研制的，实现了对舱门和对接面的快速、准确检漏，填补了国内在该领域的空白。因此，这个设备被称作飞船“小门神”。

专家表示，“小门神”已成为载人航天飞行器的“标配”设备。其原理很简单，当舱门关闭后，门体上的两道密封圈与门框之间会形成一个小空间，这时，“小门神”利用舱门的特有结构，向小空间内充入一定量的检测气体，通过监测小空间内压力的变化来判断舱门的密封情况。

如果发生泄漏，舱门快速检漏仪会立刻发出报警指示。形象地说，它就像个卫士一样，告知“家”的主人——航天员：“门没有关好，存在危险，您暂时不能入住。”航天员对舱门进行处理，经过再次检漏合格后，才能顺利入住舱内。

根据中国载人航天工程办公室的说法，到2020年前后，中国将在太空中建成自己的空间站。在专家看来，“小门神”舱门快速检漏仪在载人飞船上的成功应用，将为空间站等后续航天器舱门和各种对接密封面检测积累经验。

太空旅程时间更长

神舟十一号入轨后经过2天独立飞行，完成与天宫二号的自动对接，形成组合体，完成组合体30天中期驻留任务后，与天宫二号分离，在一天内返回内蒙古主着陆场，神舟十一号任务结束。

在太空时间长，如何保障航天员太空工作生活和执行任务的能力，怎样提高飞船的可靠性呢？

神舟十一号的技术改进，很重要的一个创新亮点，是新配备了宽波束中继通信终端设备。“为进一步提高安全性可靠性，新配备了宽波束中继通信终端设备，显著扩大了测控覆盖范围，提升了飞船姿态快速变化时的天地通信保障能力，从而提高了航天员的安全性和飞船的可靠性。”专家说。

升级光学成像敏感器

“为验证未来航天技术，满足未来空间站交会测量设备长寿命的使用要求，对神舟十一号的交会测量设备进行了升级换代。”专家说。

天宫二号和神舟十一号的交会对接，是搭建太空之家的重要一步，尤其是两者从相距120米到最终完成对接的阶段，难度最大、风险最高。为了让它们能在以8倍于子弹的速度下毫厘不差地对接在一起，技术人员对光学成像敏感器实现了升级。

神舟十一号交会对接光学成像敏感器的设计人员说，太空中阳光照射强度是地球上的3～5倍，很容易“亮瞎”飞行器的“双眼”，就像开车时被对面来车晃了大灯，需要一段时间才能恢复视力，因此以往交会对接要选择光线合适的时机进行。

与天宫一号上运用的产品相比，升级版敏感器的太阳杂光抑制能力、识别目标敏感度均大幅提升，即使被晃了眼，视力恢复时间也能从原来的10秒钟缩短到几百毫秒。由此，神舟十一号和天宫二号可以实现准全天候实时对接，可保障航天器突发维修补给或航天员的应急救生。

首次考核航天员中期驻留能力

“此次任务的目的是进一步对改进型载人飞船功能进行全面验证，为后续载人任务提供重要的技术支撑。此外，通过多项在轨试验，进一步验证飞船设计功能，获取和积累载人环境相关的飞行试验数据。”神舟十一号飞船总设计师张柏楠说。

在此次空间实验室任务中，对接轨道和返回轨道高度比以前增加了5 000米，神舟十一号任务将首次考核验证空间站阶段的交会对接和载人飞船返回技术，还将首次考核航天员中期驻留能力，通过验证航天员驻留能力，为航天员空间站阶段长期在轨考核奠定基础。

照明设备点亮“飞天之路”

神舟十一号在浩瀚的宇宙遨游过程中，会周期性地经过地球阴影区，此时会经历很长时间的黑暗，影响在轨任务的顺利完成。飞船舱内照明设备和交会对接照明设备，不仅为航天员提供了舱内工作、生活照明，还为载人飞船与空间实验室在阴影区的交会对接提供了摄像辅助照明。

“在太空，如果直接采用生活中常用的白炽灯、节能灯，估计在飞船上用不了几天就熄火了。飞船上究竟采用了什么光源？神舟十一号飞船舱内照明设备（近距离泛光照明）和交会对接照明设备（远距离投光照明）使用LED光源，也就是固态照明光源。”承担这一设备研制任务的专家说。

专家指出，载人飞船有了舱内照明设备和交会对接照明设备后，当飞船进入地球阴影区时，航天员在舱内仍然可以正确判读仪表，手动操作各种开关，再也不会误打误撞了，飞船与空间实验室交会对接也多了一份成功的保障。

热控系统为“太空之家”保驾护航

“神舟十一号在太空中飞行，最关键的是航天员的生命安危。”专家说，确保航天员在太空中的生活舒适、安全，须为航天员营造一个类似于地面一样的“家”——有适宜人类生存生活的温度、氧气等，而这要靠热控分系统和环控生保系统来提供：热控分系统的作用是使飞船内保持一定的温度和湿度，环控生保系统是为航天员创造合适的舱内生存条件，保障航天员在空间飞行的特殊环境下能够安全生活和正常工作，为航天员营造一个温暖的居住环境。

热控分系统和环控生保系统，分别位于载人飞船的推进舱和轨道舱的舱壁内。环控、热控分系统主要采用流体换热技术进行温度控制，通过流体流动将船上产生的热量传递给外部辐射器，再通过辐射器将热量辐射到太空中。

飞船仪表的“救生衣”

飞船上仪表类器件通过液晶屏和航天员完成人机交互工作，作为高精科技代表的仪表类器件往往比较脆弱，而发射过程中火箭的瞬时快速加速会引起飞船舱内设备的剧烈振动，如果无法很好地隔离、衰减发射时的冲击振动，很可能导致飞船仪表损坏、飞行任务失败。

此时，神舟系列飞船仪表板减振器肩负起了为整个飞船仪表减振的重任，安装在仪表板4个安装点上的金属橡胶减振器将仪表和船体隔离开来，并通过振动过程中金属丝之间不断地摩擦消耗了大量能量，这部分能量最终变成热能消失在了周围介质中。

专家指出，金属橡胶减振器完美扮演了神舟飞船仪表类器件“救生衣”的角色，确保了历次飞行任务的圆满成功。

载人飞船的神奇“外衣”

神舟十一号飞船运行在距离地球表面约100千米高度的轨道上时，会受到太阳辐射、地球到大气的辐射和反照，还会受到许多游离在空间的高能粒子影响。在这样的环境中，飞船该怎样更好地保护自己？

专家说，他们为飞船设计的神奇“外衣”就像人类的衣服一样，天冷时能保暖，太阳照射时能防晒，同时衣服还能隔离灰尘、雾霾等有害因素对皮肤的伤害。

研究人员为轨道舱设计了一套厚度约2厘米的外衣，能高效隔离空间环境与轨道舱舱壁之间的换热，外衣表面还有一层华丽的复合膜，以此来提高飞船对轨道原子氧等粒子的防护能力；在返回舱外表面，喷涂了特殊设计的有机热控涂层，为保证在轨期间的返回舱温度条件提供有力支持。

在推进舱的底部，为有效抑制发动机点火后的高温对推进舱内的影响，这一重点区域运用了多层隔热材料，能够隔离的最高温度达900 ℃。

“科技+时尚”的航天服

据了解，景海鹏和陈冬两名航天员的多款航天员服装由东华大学研发设计团队研制，充分体现了“科技加时尚”的设计理念。服装设计者介绍，服装突破以往单一用色模式，在天空色湖蓝基础上加入象征地球天际线和外太空色调元素，深浅明暗的变化搭配，看起来更立体饱满有层次感；工艺上多以立体直线条为主，前肩隐喻航天飞行轨迹的“S”形弧线与前胸象征胜利的“V”形直线拼条呼应，呈现出粗、细、曲、直的和谐之美。

设计团队设计研发保障航天员太空和地面工作生活全过程的系列专用服装，其中，既包括航天员在轨工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等，还有常服、任务训练服、专用服饰等地面任务服装等数十个种类，这些专用服装不仅要确保实现多项特殊功能，还融入了中国特色设计元素，为航天员增添时尚气息。

据悉，全系列航天服及配饰的款式、颜色、图案、质地等不仅彼此之间相互匹配，还与舱室环境相融，体现了中国特色文化元素和时代特征，体现了航天员群体的职业特点和精神风貌。各具功能的不同类型服装，有的能够帮助航天员在长时间太空飞行中起到对抗失重导致的肌肉萎缩，有的还能呵护航天员调节他们的情绪和心情，同时还要考虑舱内光线环境下进行摄影、摄像和图像传输后的显示效果。

航天员巡天的“定心丸”

看过神舟飞船发射的人们会注意到，火箭顶端有个类似避雷针的尖塔状装置，这是由航天科技集团四院自主研制的、被称为航天员“生命之塔”的逃逸救生系统。

专家说，逃逸系统承担着航天员的安全救生使命，它负责在火箭发射前900秒到起飞后160秒出现意外时，可确保箭船分离，把航天员带到安全地带，是我国载人航天工程必须突破的三大技术难关之一。研究人员克服困难、成功研制的逃逸救生系统，为航天员放心巡天提供了安全保障。

据专家介绍，逃逸塔性能特殊、技术复杂，国际上只有美国和俄罗斯掌握了这项技术。

飞船安全返航的法宝

回收着陆是载人航天活动的最后步骤，也是决定航天员能否安全回家的最后一棒。

专家说神舟飞船回收着陆系统的研制，先后攻克了特大型降落伞、着陆缓冲、静压开伞高度控制、多模式回收程序控制、非电传爆弹盖开伞等关键技术，研制了目前国内回收质量最大、着陆速度最低、可靠性安全性最高、系统最复杂的一套航天器回收着陆系统。

研究人员说，神舟十一号回收着陆的亮点明显，一是全国首创特大型降落伞。降落伞系统是飞船返回阶段的重要气动力减速装置，它可以将进入大气层的飞船返回舱从高铁速度降到普通人慢跑的速度。系统由7 000多个零部件组成，是目前我国航天器回收降落伞中结构最庞大和最复杂的系统。其中，主伞1 200平方米，能铺满一个足球场。二是着陆缓冲技术提升乘坐舒适度。经过与空气的“软”摩擦之后，飞船返回舱进入着陆缓冲环节，这最后一步是硬碰硬的撞击。为了让飞船在“落脚”的一瞬依然保持航天员良好的乘坐体验，研究人员将着陆缓冲技术应用于神舟飞船返回舱的着陆缓冲系统，从而实现返回舱“软着陆”。