中國神舟號船技術(shù)方案優(yōu)化與實施

中國神舟號船技術(shù)方案優(yōu)化與實施

1我國高科技園區(qū)在“一帶一路”倡議下的計劃構(gòu)想中國是蘇聯(lián)和美國之后的第三個獨立開發(fā)人員，并將人員送往太空的國家。1966至1975年,中國就開始研究載人航天技術(shù),并進行了一種載人飛船的總體方案論證,終因當(dāng)時條件不成熟和國家決定把航天技術(shù)領(lǐng)域的力量集中到發(fā)展急用、實用的應(yīng)用衛(wèi)星上來而被中止。1986年中國制定了跟蹤世界高技術(shù)前沿的《高技術(shù)研究發(fā)展綱要》(即“863”計劃),1986至1989年對載人航天的天地往返運輸系統(tǒng)進行了研究,最后決定中國應(yīng)以飛船起步,并對多用途飛船進行了深入的概念研究。1992年1月,中央專門委員會決定開展載人飛船工程技術(shù)、經(jīng)濟可行性論證。在對載人飛船展開可行性論證期間,對飛船的三艙方案和兩艙方案進行深入的論證。最后決定采用三艙方案。1993至2008年經(jīng)過飛船的方案階段、初樣階段和正樣階段,經(jīng)過“神舟一號”至“神舟七號”的飛行試驗,飛船的總體方案及返回方案經(jīng)歷了選擇、優(yōu)化和實施的歷程。中國載人航天工程第一步任務(wù)由飛船工程總體、航天員系統(tǒng)、空間應(yīng)用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控通信系統(tǒng)和著陸場系統(tǒng)組成。中國突破載人航天技術(shù)是工程總體和各系統(tǒng)共同努力的結(jié)果。2“熒光”艦隊1966年中國科學(xué)院和七機部分別提出了中國載人飛船的方案設(shè)想。從此,開始了早期載人飛船的概念研究。“曙光一號”飛船是一個由座艙(即返回艙)和設(shè)備艙組成的兩艙方案,可乘坐2名航天員。當(dāng)時“曙光一號”飛船關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)取得了階段性成果。但在技術(shù)和經(jīng)濟上碰到了不可逾越的困難。在技術(shù)上,不可能按時提供發(fā)射“曙光一號”飛船的大型運載火箭;當(dāng)時中國返回式衛(wèi)星尚未發(fā)射成功,可繼承的衛(wèi)星技術(shù)有限;多項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目不可能按計劃完成。在經(jīng)濟上,當(dāng)時國家財力有限,不可能為工程投入足夠的資金。1975年,“曙光號”飛船工程中止。至此,中國暫時停止了載人飛船工程項目,把力量放在應(yīng)用衛(wèi)星(如返回式遙感衛(wèi)星、靜止軌道通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等)工程方面。3高性能飛機制造3.1航天技術(shù)領(lǐng)域1986年中國制定了高技術(shù)研究發(fā)展計劃(綱要),并于10月21日開始實施。由于這項計劃是在1986年3月經(jīng)鄧小平同志親自批復(fù)啟動的,因此又稱為“863”計劃。航天技術(shù)領(lǐng)域是“863”計劃的一個重要的高技術(shù)領(lǐng)域。航天專家在論證“863”計劃的航天技術(shù)領(lǐng)域的目標時,普遍認為中國的航天技術(shù)已取得了巨大的成就,但在載人航天方面仍是空白。在發(fā)展載人空間站和大型運載火箭方面國內(nèi)專家取得了一致意見,但對中國天地往返運輸系統(tǒng)的目標和發(fā)展途徑存在爭議。需要對天地往返運輸?shù)哪繕撕桶l(fā)展途徑進一步論證。3.25死者重復(fù)使用的方案1987年2月,“863”計劃航天技術(shù)領(lǐng)域成立了專家委員會,“863”計劃航天領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會成立后開始了載人航天總體發(fā)展藍圖的制定工作。重點是對天地往返運輸系統(tǒng)的不同方案進行深入研究和對比分析。為此專家委員會根據(jù)航空航天界各單位的意見選取了5種不同方案委托相關(guān)航空航天單位進行深入論證。這5種方案的構(gòu)形如圖1所示,自右至左分別是載人飛船方案、不帶主動力的小型航天飛機方案、帶主動力的航天飛機方案、完全重復(fù)使用的兩級火箭飛機方案和空天飛機方案。北京空間機電研究所承擔(dān)載人飛船方案的概念研究。該所提出的多用途飛船方案的構(gòu)形是一種返回艙居中的三艙構(gòu)形,如圖2所示。多用途飛船的概念研究為“神舟號”飛船的研制打下了基礎(chǔ)。經(jīng)過一年多的分析論證,專家委員會得出的意見是:空天飛機和火箭飛機是未來天地往返運輸系統(tǒng)的發(fā)展方向,但中國目前還不具備相應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)和投資強度,不宜作為21世紀初的工程目標。帶主動力的航天飛機要解決火箭發(fā)動機的重復(fù)使用問題,難度較大。可供進一步研究比較的是多用途飛船方案和不帶主動力的小型航天飛機方案(后者簡稱小型航天飛機方案)。1988年10月,專家委員會的總體發(fā)展藍圖集中到兩個方案,第一種方案是:首先研制一種運載能力為15~20t的大推力運載火箭,用來發(fā)射不帶主動力的小型航天飛機和空間站,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)中國的載人航天飛行,爭取在2010年或稍后時期建成初步配套的載人空間站系統(tǒng)。第二種方案是首先利用中國現(xiàn)有的“長征二號”E運載火箭進行適當(dāng)改進后發(fā)射一次使用的載人飛船,作為突破中國載人航天的第一步,之后再建空間站;這種方案投資小,風(fēng)險也小,把握較大,可在2000年左右將航天員送入空間,實現(xiàn)中國載人航天的突破。3.3《程序與小型航天比較》報告1989年10月航空航天部科技委召開了“小型航天飛機與多用途飛機比較論證會”。會上,中國空間技術(shù)研究院作了飛船方案的論證報告,隨后上報了《飛船與小型航天飛機比較》報告,報告中列舉了大量分析對比材料,從任務(wù)和要求的適用程度、技術(shù)基礎(chǔ)情況、配套工程項目規(guī)模、投資費用、研制周期等5個方面進行了比較,得出結(jié)論是:發(fā)展多用途飛船是適合中國國情的,是中國突破載人航天的最佳選擇。不久,航空航天部各單位一致表示中國發(fā)展載人航天應(yīng)以飛船起步,對中國開展載人航天工程的技術(shù)途徑取得了共識。上述意見的正確性已被中國載人航天發(fā)展的歷史所證實。419行人重新開展載人航天工程畢竟是一項龐大的系統(tǒng)工程,專家們要回答的問題是選擇什么技術(shù)方案,在技術(shù)上能不能干得成,大概需要多少經(jīng)費,花多長時間,而工程是否上馬則要由國家綜合考慮后來決定。在“863”專家委員會開展中國載人航天發(fā)展途徑和技術(shù)方案論證的同時,航空航天部提出了《關(guān)于發(fā)展我國載人航天技術(shù)的建議》,建議中國載人航天以飛船起步。1991年4月,航空航天部在北京召開會議,研究載人飛船工程技術(shù)指標和技術(shù)要求,會議要求各單位進行飛船方案論證工作。年底,中國空間技術(shù)研究院、中國運載火箭技術(shù)研究院和上海航天技術(shù)研究院3單位分別提出了載人飛船方案,這些方案可分為三類:第一類:軌道艙在前、返回艙居中、推進艙置后的三艙方案(見圖2);第二類:返回艙在前、軌道艙居中、推進艙置后的三艙方案;第三類:返回艙在前、推進艙在后的兩艙方案。第二類返回艙在前的方案,雖然發(fā)射段大氣層內(nèi)逃逸救生時逃逸飛行器只需帶走一個艙段(返回艙),比較簡單,但是由于返回艙底部無法安裝艙門,只好采用在返回艙與軌道艙外側(cè)加一個“硬通道”的方案,導(dǎo)致航天員往來于返回艙與軌道艙之間十分困難,所以未被采用。第三類兩艙方案雖然構(gòu)形簡單,但安全性比較差,難以完成各項任務(wù),所以未被采用。第一類軌道艙在前、返回艙居中、推進艙置后的三艙方案,雖然在發(fā)射段大氣層內(nèi)逃逸救生時逃逸飛行器要帶走兩個艙段(軌道和返回艙),但有利于各項任務(wù)的實施;在載人飛船初期飛行試驗階段載人飛行任務(wù)完成后軌道艙還可以留軌繼續(xù)飛行,進行科學(xué)實驗。所以,航空航天部決定采用第一類方案作為向中央的上報方案。5代結(jié)語:“東南角”工程1992年1月8日,中央專委聽取了關(guān)于發(fā)展中國載人飛船工程立項的建議。認為:從政治、經(jīng)濟、科技、國防等諸多方面考慮,發(fā)展中國載人航天是必要的,并決定由國防科工委負責(zé),組織載人飛船工程的技術(shù)、經(jīng)濟可行性論證,這一工程的代號是“921”工程。“921”工程中的飛船1994年被命名為“神舟號”載人飛船。5.1行人重標:新冠肺炎疫情下基層組織建設(shè)任務(wù)1992年初,載人航天工程確定了第一步任務(wù)———載人飛船工程。載人飛船工程任務(wù),即在確保安全可靠的前提下,從總體上體現(xiàn)中國特色和技術(shù)進步,完成以下4項基本任務(wù):1)突破載人航天基本技術(shù);2)進行空間對地觀測、空間科學(xué)和技術(shù)試驗;3)提供初期的天地往返運輸器;4)為載人空間站工程大系統(tǒng)積累經(jīng)驗。載人飛船系統(tǒng)主要任務(wù)是在整個飛行期間為航天員提供必要的生活和工作條件,為有效載荷提供必要的保障條件;并在應(yīng)急狀態(tài)下采用救生措施,保障航天員的生命安全。5.2行人飛行方案在1992年開展的載人飛船工程技術(shù)、經(jīng)濟可行性論證中,首先論證了載人飛船總體方案,重點論證了返回艙居中的三艙方案和帶有制動段的兩艙方案。5.2.1發(fā)射段狀態(tài)的軌道飛行方案Ⅰ飛船本體由軌道艙、返回艙、推進艙和附加段(交會對接狀態(tài)時為對接機構(gòu))組成。發(fā)射段狀態(tài)下附加段位于最上部,往下依次為軌道艙、返回艙和推進艙。發(fā)射段狀態(tài)軌道艙及推進艙的太陽電池陣均未展開,呈收攏狀態(tài)如圖3所示(圖中尺寸的單位為mm)。圖4為飛船在軌飛行的俯視圖,是在飛船入軌后兩對太陽電池陣均已展開后的外形。方案Ⅰ在發(fā)射段大氣層內(nèi)實施逃逸救生時需由逃逸飛行器將返回艙和軌道艙一起帶走,然后返回艙從逃逸飛行器中分離,打開降落傘,航天員乘坐返回艙著陸。方案Ⅰ的逃逸飛行器如圖5所示。5.2.2返回艙內(nèi)安置變軌發(fā)動機方案Ⅱ的飛船由返回艙和推進艙兩艙組成,返回艙上還帶有一個制動段。方案Ⅱ的軌道運行段上的構(gòu)形如圖6及圖7所示(圖中尺寸的單位為mm)。返回艙是航天員的座艙,航天員乘該艙返回地面。方案Ⅱ飛船由于沒有軌道艙,需有人照料的有效載荷及航天員的食物均應(yīng)放在返回艙內(nèi)。推進艙內(nèi)安置4臺變軌發(fā)動機,在發(fā)射段拋掉整流罩后出現(xiàn)應(yīng)急情況下,變軌發(fā)動機能提供救生時的變軌動力;正常情況下,它提供運行段變軌機動沖量。返回艙后面是一個制動段,制動段的制動發(fā)動機提供返回制動變軌的動力。方案Ⅱ無留軌利用的功能。兩艙方案的整個飛船放置在最大直徑為4.2m、錐部半錐角為17°的整流罩內(nèi),整流罩前端為逃逸塔架和逃逸發(fā)動機組。在正常情況下,當(dāng)飛行到110km高度時拋掉逃逸發(fā)動機組、塔架和球頭組成的部分,然后將整流罩拋掉,使飛船暴露在空間,以便飛船分離、入軌。當(dāng)發(fā)射階段拋整流罩前出現(xiàn)應(yīng)急情況時,則由逃逸飛行器將返回艙帶走,實現(xiàn)航天員的救生。兩艙方案的逃逸飛行器的組成如圖8所示(圖中尺寸單位為mm)。5.2.3全面優(yōu)化設(shè)計方案方案Ⅰ(三艙方案)和方案Ⅱ(兩艙方案)的比較如表1所示:從表1可見,方案Ⅰ除了因逃逸飛行器需采用柵狀翼而有一定難度外,其余比較項目方案Ⅰ明顯優(yōu)于方案Ⅱ,方案Ⅰ可更好地完成四項基本任務(wù),當(dāng)時認為柵狀翼技術(shù)通過攻關(guān)可以按期完成。因此,1992年底決定選擇方案Ⅰ(即返回艙居中的三艙方案)作為中國“神舟號”載人飛船的方案。5.2.4氣調(diào)和下封式松前氣艙三艙方案在軌道艙上實現(xiàn)了“神中國載人航天工程第一步任務(wù)的完成和第二步任務(wù)正在實施,體現(xiàn)了1992年提出的三艙方案的可行性和優(yōu)越性。現(xiàn)僅對表1中的序號為3至7的比較項目作如下說明:(1)載人艙自由容積(不計有效載荷容積)由于三艙方案載人艙自由容積為6.7m3,比兩艙方案載人艙自由容積(4.1m3)大2.1m3,所以為“神舟六號”執(zhí)行2人5天飛行任務(wù)提供了比較充足的存放食物、水的空間和航天員的活動空間;為“神舟七號”飛船執(zhí)行航天員出艙活動時提供了兩套艙外航天服的存放空間和兩名航天員穿、脫艙外航天服的空間以及軌道艙泄復(fù)壓控制設(shè)備所需的空間。(2)留軌利用由于選擇了三艙方案,使“神舟二號”至“神舟六號”共5艘飛船實現(xiàn)了軌道艙的留軌利用,完成了大量的科學(xué)實驗項目(詳見6.4節(jié))。(3)技術(shù)難度在決定采用三艙方案后,運載火箭系統(tǒng)按時完成了逃逸飛行器使用的柵狀翼等逃逸系統(tǒng)的攻關(guān)任務(wù),飛船系統(tǒng)按時完成了發(fā)射段大氣層內(nèi)救生技術(shù)的攻關(guān)任務(wù)。1998年成功地完成了零高度逃逸救生飛行試驗。2003年至2008年載人飛船工程發(fā)射段逃逸救生系統(tǒng),順利完成三次載人飛行任務(wù)(值班狀態(tài))。采用三艙方案時返回艙的質(zhì)量只相當(dāng)于兩艙方案返回艙質(zhì)量的80%,在方案設(shè)計階段,將主份傘的降落傘由翼傘改為普通傘(原因見6.2節(jié)),因此三艙方案的主份傘的主傘面積為1200m2,已成為研制中的關(guān)鍵技術(shù)項目,如果采用兩艙方案,則主份傘的主傘面積將達到1440m2,將大大增加了攻關(guān)的難度。(4)交會對接由于采用三艙方案,在軌道艙外易于安裝光學(xué)成像敏感器等交會對接設(shè)備,而如果采用兩艙方案,則需在返回艙外安裝光學(xué)成像敏感器等設(shè)備,對返回艙再入的氣動外形產(chǎn)生干擾,如果避免這一干擾,還需在返回艙再入大氣層前將這些設(shè)備分離掉。(5)出艙活動“神舟七號”飛船上完成了在空間航天員的艙外活動。由于采用了三艙方案,可以使軌道艙既作生活艙又兼作氣閘艙。當(dāng)航天員翟志剛出艙時,航天員劉伯明(他也穿著艙外航天服)在艙門口接應(yīng)他,而此時返回艙艙內(nèi)仍處于一個大氣壓狀態(tài),航天員景海鵬密切監(jiān)視儀表板上顯示的飛船工作狀態(tài)。而如果采用兩艙方案,當(dāng)航天員出艙前要把返回艙完全泄壓,增加了返回艙設(shè)備出故障的概率,而且艙內(nèi)航天員既要接應(yīng)出艙航天員又要監(jiān)視儀表和處理飛船的故障,易于出現(xiàn)顧此失彼的問題。綜上所述,中國載人航天工程的實踐表明選擇三艙方案作為“神舟號”飛船的方案是可行的、正確的。6發(fā)射段大氣外較為優(yōu)化在1993年至1995年在“神舟號”飛船方案設(shè)計階段,對飛船的總體技術(shù)方案及返回技術(shù)方案作了進一步的優(yōu)化。主要優(yōu)化項目為:航天員座椅相對于飛船返回艙姿態(tài)的分析與返回艙總體布局的確定;采用普通傘加開傘點風(fēng)修正技術(shù)替代原來翼傘回收方案;發(fā)射段大氣層外救生利用飛船上的變軌發(fā)動機實現(xiàn)海上定區(qū)著陸的詳細設(shè)計;軌道艙留軌利用詳細設(shè)計。6.1相對于返回階段的分析和返回階段的整體結(jié)構(gòu)的確定6.1.1返回艙內(nèi)的姿態(tài)要求在中國載人航天工程第一步任務(wù)的可行性論證階段,提出了飛船回收與著陸分系統(tǒng)的主傘采用沖壓式翼傘和普通傘兩種方案。在方案設(shè)計階段,需對這兩種方案作進一步研究。選用何種傘型和返回艙的總體布局密切相關(guān)。載人飛船的返回艙是航天員的座艙,在發(fā)射階段和返回階段以及應(yīng)急救生過程全部乘員都在返回艙內(nèi),乘員要承受較大的過載,而航天員在各方向能承受的過載值是不相同的,因此航天員及航天員座椅在返回艙中的姿態(tài)要求是返回艙總體布局中必須考慮的首要問題。1992年底至1993年2月,李頤黎在分析了“聯(lián)盟號”飛船及“阿波羅”飛船返回艙布局與各飛行階段航天員承受過載的情況后,提出了“神舟號”飛船座椅相對于返回艙的姿態(tài)要求,即采用了座椅在返回艙內(nèi)的方位為椅背與返回艙縱軸呈70°角度的方案,如圖9所示。(圖9引自文獻第38頁)。圖中,V為飛行速度;R為氣動力合力;L和D為升力和阻力;N和T為法向力和軸向力;M為氣動力矩;αtr為配平攻角;Φ為氣動力合力與人背夾角;ψ為氣動力合力與返回艙縱軸的夾角;δ為質(zhì)心偏離縱軸的距離;Xa和Xg為氣動力中心和質(zhì)心的坐標。這樣的座椅方位使得在待發(fā)射段航天員躺在座椅上舒適,入軌后又便于通過光學(xué)瞄準鏡觀測地面,在返回時承受的過載使航天員壓向座椅而不是離開座椅,且頭臀方向受力與胸背方向受力之比約為0.21,航天員在這種姿態(tài)下所能承受的過載較大,如圖10所示(圖10引自文獻)。6.1.2返回艙側(cè)壁布置在航天員座椅的方位選定后,回收與著陸分系統(tǒng)的降落傘只能布置在航天員頭頂斜上方的返回艙側(cè)壁上?！吧裰厶枴憋w船返回艙的總體布局如圖11及圖12所示(圖11及圖12分別取自文獻第33頁及第34頁,圖11中的尺寸單位為mm)。6.2采用普通傘型風(fēng)速修正技術(shù)方案，代替空氣傘勘探法的重建方案6.2.1基于傳統(tǒng)傘回收方案的點火式陸場模擬沖壓式翼傘的控制一般是存在控制死區(qū)的,為此,文獻的作者進行了研究,給出了具有死區(qū)的非比例歸航控制翼傘系統(tǒng)的飛行軌道的計算方法。文獻的作者應(yīng)用文獻的方法,對飛船定點著陸方案進行了研究。將所謂飛船定點著陸定義為飛船在完成飛行任務(wù)后在預(yù)定著陸場軟著陸時其著陸點散布在一個相當(dāng)小的范圍(在該文中,當(dāng)此預(yù)定著陸場中心為圓心、半徑不超過500m的圓形區(qū)域),仿真計算實例表明:在逆風(fēng)情況下,翼傘的歸航能力明顯不足,只有保證返回段制導(dǎo)精度較高,并適當(dāng)選取瞄準點位置方能實現(xiàn)定點著陸。飛船系統(tǒng)總體與回收著陸分系統(tǒng)分析了采用普通傘回收和翼傘回收方案,取得了下列共識:1)翼傘方案是指回收著陸的主份傘的主傘采用沖壓式翼傘,用于在有地面歸航控制設(shè)備的主著陸場或副著陸場使用。而在沒有地面歸航控制設(shè)備的應(yīng)急著陸區(qū),只能采用備份傘(普通傘)著陸,另外,在主份傘失效的情況下仍要采用備份傘(普通傘)著陸,主、副著陸場的著陸區(qū)也必須按備份傘(普通傘)工作狀態(tài)下的著陸點散布選取,因此采用翼傘方案對于著陸場范圍的大小與采用普通傘方案是一樣的。2)翼傘方案技術(shù)復(fù)雜。該方案表明:回收與著陸分系統(tǒng)既要研制主份傘的減速傘加主傘(翼傘)又要研制備份傘(普通傘)這對于當(dāng)時中國沖壓式翼傘技術(shù)儲備不足的情況來說,使回收與著陸分系統(tǒng)負擔(dān)過重,在規(guī)定時間內(nèi)攻不下翼傘的關(guān)鍵技術(shù)的風(fēng)險較大。3)沖壓式翼傘方案對飛船總體的要求過高,由于翼傘是具有升力的滑翔傘,在沒有風(fēng)的情況下,一般的翼傘約有7m/s的水平速度,雖可以在著陸前用拉下翼傘連接后緣的一組傘繩,使后緣下偏、水平速度迅速減少,實現(xiàn)所謂的“雀降”,但是一旦“雀降”失靈,可導(dǎo)致返回艙劇烈翻滾,為避免出現(xiàn)這種情況返回艙應(yīng)在著陸前伸出一組滑輪,使返回艙在一片平坦的水泥地面著陸,如飛機在跑道上降落一樣,但這樣一組滑輪在飛船再入大氣層過程中必須縮在返回艙內(nèi),如飛機的起落架一樣,這不但加大了飛船的質(zhì)量,增加了飛船布局的難度,還會給返回艙防熱帶來不利的影響。綜上所述,在方案設(shè)計初期研制人員作了上述分析后,決定放棄翼傘方案,而采用普通傘方案下的開傘點風(fēng)修正技術(shù)方案。6.2.2在正常傘方案下，修改點風(fēng)的技術(shù)方案6.2.2.開傘點位置的選取如圖13所示,返回艙的理論著陸點為點O,飛船的制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)(以下簡稱GNC分系統(tǒng))在飛船下降至20km左右高度時開始停止控制,再下降至約10km高度左右,彈傘艙蓋和降落傘系統(tǒng)工作,如果開傘點在點O上空,由于開傘后的返回艙是隨風(fēng)漂移的,所以返回艙不會落在點O,而是落在點P′。點P′與點O的距離一般達10~20km。如果將GNC分系統(tǒng)設(shè)計的開傘點選在點P上空(POP′為一直線且PO=OP′),GNC分系統(tǒng)沒有控制誤差且對風(fēng)場預(yù)報準確的話,那么返回艙開傘后就會落在點O。因此,可以根據(jù)高度10km以下預(yù)報的風(fēng)場數(shù)據(jù)(風(fēng)的大小和方向隨高度變化的一組數(shù)據(jù))算出P點的位置,并將點P位置在飛船返回前注入飛船,使飛船GNC分系統(tǒng)停控點的星下點瞄準點P的位置,就可以大大消除高度為10km以下風(fēng)場對返回艙著陸點的影響,提高飛船著陸點的精度。6.2.2.實際著陸點間距問題在普通傘方案下,采用開傘點風(fēng)修正技術(shù)后使返回艙著陸點精度大大提高?！吧裰哿枴憋w船在完成預(yù)定的5天飛行任務(wù)后,返回艙載著航天員返回,于2005年10月17日4時33分安全著陸,實際著陸點距離瞄準的理論著陸點僅1.7km,航天員費俊龍、聶海勝自主出艙。實際著陸點與理論著陸點偏差如此小的原因是飛船總體與GNC分系統(tǒng)等密切配合,通力合作,采用了“風(fēng)修正技術(shù)”。在“神舟六號”飛行控制準備工作中,“神舟六號”飛船總體、GNC分系統(tǒng)、回收與著陸分系統(tǒng)進行了風(fēng)修正方案的演練,實際飛行控制中著陸場系統(tǒng)按計劃進行了準確、系統(tǒng)的測風(fēng),北京航天指揮控制中心在設(shè)計部門的配合下進行了準確的風(fēng)場預(yù)報及GNC分系統(tǒng)的開傘點參數(shù)的注入,由于GNC分系統(tǒng)控制精度高,風(fēng)修正技術(shù)準確實施,從而使得“神舟六號”飛船著陸點控制得很準。6.3在傳輸段的頂層外照明下，采用宇宙飛船的變軌發(fā)動機進行海上定區(qū)著陸方案的設(shè)計6.3.1發(fā)射段大氣外應(yīng)急急救1992年,在“神舟號”飛船技術(shù)經(jīng)濟可行性論證中,提出為了保證航天員的生命安全,確定了“上升段全程逃逸救生”的原則。在貫徹這一原則時遇到一個難題:由于從運載火箭起飛一直到入軌前不久的時間,一旦發(fā)生故障飛船的返回艙落點都不一樣,其范圍達7000多千米。在從酒泉到青島約1800km的陸地航跡上,可以通過在幾個地點布設(shè)直升機的辦法進行搜救,但是還有5000多千米的航跡在海上,顯然,在這么長的航跡上進行海上打撈、救援是個難題。為了解決這個難題,飛船系統(tǒng)提出了利用飛船自身的導(dǎo)航能力和發(fā)動機的動力,把海上濺落區(qū)調(diào)整在幾個較小區(qū)域的方案,*其飛行程序如圖14所示,得到了載人航天工程總體和其他系統(tǒng)的支持。1994年2月,中國運載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計部向中國空間技術(shù)研究院空間飛行器總體設(shè)計部提供了“長征二號F方案設(shè)計正常偏差彈道計算”的數(shù)據(jù),該文為按定時偏差(即對應(yīng)于某個固定時間的彈道參數(shù)偏差)計算的結(jié)果。計算結(jié)果表明按定時偏差計算的彈道偏差過大,不能滿足發(fā)射段大氣層外應(yīng)急救生的要求,經(jīng)過飛船系統(tǒng)研制人員的研究,建議發(fā)射段大氣層外救生方案采用定速偏差(即對應(yīng)于某個固定速度的彈道參數(shù)偏差)設(shè)計,為此,需運載火箭系統(tǒng)重新計算軌道。7月15日運載火箭將按定速偏差計算的發(fā)射段軌道提供給飛船系統(tǒng),飛船系統(tǒng)據(jù)此較好地設(shè)計出發(fā)射段大氣層外應(yīng)急救生軌道,攻克了這一技術(shù)難題。*6.3.2海上定區(qū)著陸方案的實施效果發(fā)射段大氣層外救生海上定區(qū)濺落方案,通過巧妙地利用飛船上的動力,可以將返回艙的海上濺落點壓縮在3個較短、較窄、總長約2000km的“小區(qū)”內(nèi),分別稱為海上應(yīng)急濺落海域A區(qū)、B區(qū)和C區(qū),如圖15所示,由于海上應(yīng)急濺落海區(qū)較小,大大節(jié)約了打撈船的數(shù)量和投資。6.4軌道客車軌道的設(shè)計和實施6.4.1軌道艙的組織結(jié)構(gòu)“神舟二號”飛船至“神舟六號”飛船在完成軌道運行段的任務(wù),在飛船返回前,整船向左偏航90°,然后軌道艙(含附加段)與返回艙-推進艙分離,軌道艙留在約350km高度的軌道上工作半年左右,相當(dāng)于一顆衛(wèi)星,這叫做軌道艙的留軌利用,軌道艙留軌過程如圖16所示。以下以“神舟六號”飛船為例,說明具有留軌任務(wù)的軌道艙的設(shè)計。軌道艙的功能是在飛船自主飛行期間,軌道艙是航天員的生活艙,供航天員在軌道運行段生活、休息、睡眠等使用;飛船完成在軌飛行任務(wù)后,返回艙返回地面,軌道艙(含附加段)繼續(xù)留軌運行進行有效載荷分系統(tǒng)的各項試驗。根據(jù)軌道艙的功能,安排相關(guān)設(shè)備的布置。軌道艙的總體布局如圖17所示。電源分系統(tǒng)的左、右太陽電池陣布置在Ⅱ、Ⅳ象限線,發(fā)射時呈壓緊狀態(tài),固定在艙壁上。2個分流調(diào)節(jié)器分別安裝在兩個太陽電池陣的三角架上,2個驅(qū)動機構(gòu)分別和左、右太陽電池陣布置在同一象限線上。推進分系統(tǒng)的掛艙組件(內(nèi)含軌道艙推進劑貯箱)布置在Ⅲ偏Ⅱ象限線圓柱段下部,4個發(fā)動機組均布在圓柱段下端,作為留軌后軌道艙運動控制的執(zhí)行機構(gòu)。制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)(GNC分系統(tǒng))的紅外地球敏感器探頭、數(shù)字式太陽敏感器探頭、模擬式太陽敏感器探頭等安裝在軌道艙外表面及太陽電池陣上。軌道艙的內(nèi)壁上布置有排氣泄壓組件、磁力矩器、軌道艙照明燈。軌道艙內(nèi)兩側(cè)的安裝板上布置有:環(huán)控生保分系統(tǒng)的大小便收集裝置、尿液貯箱、除臭裝置、冷凝干燥組件、環(huán)控檢測裝置、傳感器組件等;乘員分系統(tǒng)的食品加熱器、人體代謝參數(shù)檢測設(shè)備;電源分系統(tǒng)的留軌電源中心控制器、鎘鎳電池、留軌電源驅(qū)動器、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)的中央單元以及遠置單元,供配電的火工控制裝置;GNC分系統(tǒng)的陀螺線路、姿態(tài)軌道控制器及其接口裝置、動量輪、軌道艙太陽敏感器線路等;測控與通信分系統(tǒng)的遙控解調(diào)器、統(tǒng)一