- 神舟十七號(hào)的化工奧秘
- 發(fā)布日期：2023-11-20
10月26日，搭載神舟十七號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射。隨后，神舟十七號(hào)載人飛船成功對(duì)接空間站天和核心艙前向端口，神舟十六號(hào)航天員順利打開“家門”，6名航天員熱情相擁，一張“全家福”再次見證中國(guó)航天的驚艷。10月29日，神舟十六號(hào)、神舟十七號(hào)航天員乘組完成交接。10月31日，神舟十六號(hào)航天員乘組順利返回地球。
神舟十七號(hào)的順利發(fā)射、宇航員在軌工作的順利保證，都離不開化學(xué)工業(yè)的護(hù)佑，更離不開諸多化工企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的辛勤工作。
固體推進(jìn)劑助力火箭升空
10月25日，在神舟十七號(hào)發(fā)射任務(wù)即將進(jìn)入倒計(jì)時(shí)之際，用于飛船發(fā)射的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭開始加注推進(jìn)劑。此次加注的火箭推進(jìn)劑來(lái)自西安近代化學(xué)研究所。在飛船發(fā)射過(guò)程中，由該所研制的三型高可靠性、寬環(huán)境適應(yīng)性推進(jìn)劑裝藥在火箭一級(jí)起動(dòng)、助推器與主火箭反推、船箭分離側(cè)推等過(guò)程中工作正常，圓滿完成使命。運(yùn)載火箭配套用固體推進(jìn)劑是保障火箭成功發(fā)射與航天員人身安全的關(guān)鍵核心技術(shù)。西安近代化學(xué)研究所勇挑重?fù)?dān)，根據(jù)重大工程典型應(yīng)用場(chǎng)景，科學(xué)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，突破能量、燃溫、燃?xì)馇鍧嵍取⑷紵€(wěn)定性、寬環(huán)境適應(yīng)性、制備工藝等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑了載人航天用高性能固體推進(jìn)劑配方工藝設(shè)計(jì)及工程制備應(yīng)用核心技術(shù)體系，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能推進(jìn)劑裝藥技術(shù)群。
隔熱材料隔出“兩重天”
在飛船的發(fā)射和返回過(guò)程中，由于與大氣層的摩擦，飛船材料必須經(jīng)受超高溫考驗(yàn)。比如在返回時(shí)，強(qiáng)烈的摩擦使飛船表面的溫度高達(dá)2000℃以上，但艙內(nèi)溫度不能超過(guò)30℃。為此，中材科技所屬北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司針對(duì)飛船不同關(guān)鍵部位，研制了用防/隔熱一體中密度預(yù)混料、長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)底部防熱板、長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭逃逸塔用高性能耐燒蝕樹脂，護(hù)航神舟十七號(hào)載人飛船逐夢(mèng)太空。中材科技所屬南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院研發(fā)的高強(qiáng)紗分別應(yīng)用于長(zhǎng)征二號(hào)F遙十七運(yùn)載火箭防熱結(jié)構(gòu)件和神舟十七號(hào)載人飛船返回艙的隔熱層。
這兩家公司以其產(chǎn)品性能可靠、質(zhì)量?jī)?yōu)異，為火箭發(fā)射、飛船和天和核心艙對(duì)接、航天員安全返回提供了可靠的保障。
密封材料護(hù)航飛天安全
值得注意的是，本次飛行任務(wù)將首次進(jìn)行空間站艙外試驗(yàn)性維修作業(yè)。當(dāng)前，空間碎片日益增多，長(zhǎng)期運(yùn)行的航天器受到空間微小顆粒撞擊的情況時(shí)有發(fā)生。前期檢查發(fā)現(xiàn)，天宮一號(hào)空間站太陽(yáng)翼也多次受到空間微小顆粒的撞擊，造成輕微的損傷。從面向空間站長(zhǎng)期運(yùn)行、驗(yàn)證技術(shù)能力考慮，神舟十七號(hào)航天員乘組將通過(guò)出艙活動(dòng)進(jìn)行艙外試驗(yàn)性維修，對(duì)空間站、飛船和宇航服的密封材料提出很高要求。承擔(dān)這些材料研發(fā)工作的是航天動(dòng)力技術(shù)研究院(簡(jiǎn)稱航天四院)。
由航天四院42所研制的動(dòng)、靜結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的密封，構(gòu)成了飛船、空間站的艙體結(jié)構(gòu)密封系統(tǒng)，它對(duì)隔離艙體與外層空間、支撐艙內(nèi)環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。由于太空條件極其苛刻，關(guān)乎航天員的生命安全，這些橡膠密封件的密封性能和耐久性極高。密封件產(chǎn)品最大直徑接近3米，周長(zhǎng)9米，但不能超過(guò)0.01毫米的誤差，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲1/5的精度。此外，空間動(dòng)靜密封材料對(duì)空間環(huán)境下的使用性能也有著嚴(yán)苛的性能考核，單單一個(gè)艙門抗靜電密封材料就有著近20項(xiàng)指標(biāo)。密封件在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生靜電吸附，產(chǎn)品成功經(jīng)受了地面8萬(wàn)次的疲勞試驗(yàn)，并通過(guò)低壓、高低溫、失重等環(huán)境試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)艙外服主氣密層由跟蹤模仿向自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變。這些材料制成的密封件能經(jīng)受住-70℃~200℃高低溫交替變化等嚴(yán)苛環(huán)境的考驗(yàn)，并可安全使用30年。
航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)，要求航天服各關(guān)節(jié)更靈活、更便捷。一件艙外航天服，包含幾十種形態(tài)各異的密封件，除了滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)外，還需要根據(jù)人體學(xué)功能滿足中空、與非金屬件單邊粘接等要求。航天服的連接處密封件能夠耐受空間環(huán)境，既確保密封嚴(yán)絲合縫，又確保航天員的關(guān)節(jié)活動(dòng)起來(lái)靈活自如。航天四院研制的橡膠件具有高強(qiáng)度、高抗撕、耐高低溫交變等性能，空間環(huán)境適應(yīng)性良好，所采用材料無(wú)毒、無(wú)污染，各項(xiàng)空間環(huán)境耐受性能均達(dá)到國(guó)外同類材料水平，滿足空間飛行器衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
鎘鎳電池的“收官之戰(zhàn)”
值得注意的是，神舟十七號(hào)飛船的成功發(fā)射，是鎘鎳蓄電池在中國(guó)航天器領(lǐng)域的“收官之戰(zhàn)”。后續(xù)，神舟飛船將應(yīng)用比能量更高的鋰離子蓄電池。鎘鎳蓄電池的高安全、高可靠特質(zhì)，尤其是其良好的耐過(guò)充、耐過(guò)放性能，非常適合在神舟飛船這種高安全要求的環(huán)境中使用。自1999年神舟一號(hào)飛船成功發(fā)射以來(lái)，鎘鎳蓄電池已連續(xù)為神舟一號(hào)至神舟十六飛船成功服務(wù)了16次。其中，神舟一號(hào)到神舟七號(hào)飛船應(yīng)用了65安時(shí)的鎘鎳蓄電池，神舟八號(hào)飛船為了提升整船的供電能力，將電池容量升級(jí)至70安時(shí)。在自此之后的9艘神舟飛船，鎘鎳蓄電池依次順利通過(guò)了單船飛行、多個(gè)組合體飛行、空間站建造階段、空間站應(yīng)用與發(fā)展階段的多次飛行考核。隨著長(zhǎng)壽命大容量鋰離子電池的安全性得到廣泛驗(yàn)證，載人飛船采用該電池的日程越來(lái)越近。在中國(guó)空間站進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營(yíng)后，神舟飛船后續(xù)將應(yīng)用比能量更高的鋰離子蓄電池，進(jìn)一步滿足型號(hào)任務(wù)需求，通過(guò)電源技術(shù)的不斷進(jìn)步，為飛船的正常運(yùn)行持續(xù)提供可靠的保障。
