多項技術為航天員照亮歸途
光明日報記者 崔興毅
傘花在空中綻放，牽引神舟十四號返回艙緩緩下落。日前，神舟十四號載人飛船返回艙在東風着陸場預定區域成功着陸，執行飛行任務的航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲順利出艙，身體狀態良好，神舟十四號載人飛行任務取得圓滿成功。
此次神舟十四號乘組返回是中國空間站“T”字基本構型建成後的首次返回任務，也是載人飛船首次在冬季夜間返回東風着陸場。相較此前任務，低温與暗夜是本次任務的兩大挑戰。面對考驗，我國科研團隊創新多項技術方法，為神舟十四號乘組順利回家保駕護航。
層層牽引，織密通信測控網
從返回艙變速進入返回軌道到推進艙與返回艙分離，從返回艙進入大氣層到安全着陸……返回的每一步，離不開層層牽引，護航歸途。
作為中國載人航天工程副總指揮單位，中國電科在海陸空天佈設密不透風的航天測控通信網，提供全鏈路穩定跟蹤測量的雷達“智慧眼”，研發精準定位確保“艙落機臨”的系列定向“順風耳”等電子信息系統和裝備，為飛船安全返航照亮歸途，確保快速精準發現目標，圓滿完成返回搜救任務。
在返回艙變軌、與推進艙分離、進入大氣層、安全着陸等階段，都需要測控系統通過遙測、外測來接收和發送指令，觀測分析飛行器位置、速度、姿態。“在主着陸場，我們佈設了衞星通信固定站、車載站、便攜站等衞通系統，保障調度指令、數據傳輸和圖像傳輸的即時性、穩定性和清晰度。”中國電科網通院衞星通信系統總設計師李曉芳告訴記者，在新建和升級後的系統中，研製的大功率功放和高速調制解調器，大大提升衞星通信傳輸能力，傳輸容量提升5至10倍。
據瞭解，最新研製的回收區北斗態勢系統，利用北斗導航系統定位和短報文功能，構建了指揮中心、前方指揮、搜索平台三位一體的指揮體系，大幅提升返回艙搜索效率，縮短回收時間。
雷達跟測，做精準返航的“燈塔”
“酒泉雷達跟蹤正常”“渭南雷達跟蹤正常”“太原雷達跟蹤正常”……沿着神舟十四號“回家路”，中國電科部署多型測控雷達，通過精準的座標測量和精細的成像處理，擔負返回區首點截獲、黑障區連續跟蹤等任務。
返回艙再入大氣層時會有“黑障效應”，將隔絕返回器與地面測控站之間的通信聯絡。為此，中國電科自主研製的測量雷達創新採用智能化鞘套判別、複雜波形設計等目標探測跟蹤技術，持續開展跟蹤測量，緊盯黑障區“隱身”的返回艙，防止其偏離預定着陸區域，像“燈塔”一樣確保返回艙精準返航。
黑暗和極寒雙重挑戰，對定向搜救設備提出了更高要求。
着陸回收階段，“發現243信號”“243信號跟蹤正常”等關鍵節點信息指令響徹北京飛控中心指控大廳，這是中國電科自主研發的定向儀系列產品，其構建的近、中、遠程搭配，海、陸、空協同的立體化搜索定向網絡在不斷髮揮作用。
中國電科22所載人航天任務團隊負責人宋磊介紹，本次任務中，科研團隊強化天空地一體化搜索引導體系建設，最新研製的航天員通話電台，在着陸場與測控系統間實現無縫銜接，首次將艙內航天員呼叫話音“延伸”至北京飛控中心。
“我們還研製了直升機前艙搜索引導系統，不僅能針對着陸場現場的多源搜救信息進行深度融合、智能決策，還能與北京指控大廳落點預報數據精準同步，幫助搜索直升機在上千公里之外就能提前預知返回艙的運行軌跡，為搜索任務爭取了寶貴‘提前量’。”宋磊説。
全面護航，保障航天員的工作生活
除了照亮歸途，近半年來，中國電科也持續運用電子信息技術全面保障航天員的工作生活。
今年6月5日，陳冬、劉洋、蔡旭哲3名中國航天員搭乘神舟十四號載人飛船成功飛向中國空間站天和核心艙。在神舟十四號載人飛船與空間站組合體交會對接過程中，中國電科研製的激光雷達多方位、大範圍接收光信號，即時提供飛船與空間站的相對位置信息。交會對接的精準“慧眼”，則有賴於中國電科突破了大動態、高精度、多參數即時測量等難題，實現了新掃描體制、多目標切換和多目標識別等功能。
航天員與地面如何即時通話？“我們專門研製了天地衞星通信系統，在天地之間打造了一條高效、穩定的通信傳輸‘天路’。”李曉芳介紹，在“太空授課”過程中，空間站、天鏈中繼衞星和地面站的通信系統共同參與，織就了立體通信測控網，隨着技術不斷進步，衞星通信系統實現從引進設備集成到全部自主創新，信息傳輸速率提升40倍，由之前的2小時縮短至3分鐘。
在實施出艙活動期間，機械臂分系統全程配合航天員開展出艙活動，中國電科為機械臂配套了關節運動驅動組件及高精度位置傳感器、末端執行器等關鍵設備，助力航天員靈活操縱。
據中國電科15所相關項目負責人劉蕾介紹：“我們還配備了三維綜合立體顯示系統，採用三維孿生技術，以真實數據驅動場景中航天器運動，實現空間站任務真實運行場景與數字平台同步虛實數字孿生，即時展示空間站全貌，並展現機械臂艙外運動、艙體在軌飛行、航天員出艙動作等真實效果。”
中國電科還為航天員配套了壓力傳感器等產品，實現對艙內環境、食物、航天員生理指標等的精確檢測。
《光明日報》（ 2022年12月09日 11版）