前不久，在東風(fēng)著陸場，中國電科第二十二研究所（以下簡稱“22所”）載人航天搜救回收技術(shù)團隊的負責(zé)人宋磊率領(lǐng)團隊，第一時間成功確定了神舟十六號載人飛船返回艙的位置，再次圓滿完成了迎接“太空出差”航天員回家的任務(wù)。

在各項航天任務(wù)中，22所通過研制定向儀等核心設(shè)備，打造了覆蓋陸海空天一體化的搜救網(wǎng)絡(luò)，一次次為我國航天返回艙的著陸提供“安全感”。

心至蒼穹外，目盡星河遠。從“嫦娥”攬月、“天問”探火到“羲和”逐日，從“神五”到“神十七”，從首次太空飛行到長期駐守空間站，“神舟”往來天地間、“天宮”矗立宇宙中、“天舟”橫渡星河外，中國的航天事業(yè)屢戰(zhàn)屢捷、拾級而上，擘畫著“上九天攬月”的宏偉夢想藍圖。

在我國追逐“星辰大海”的旅程中，以22所為代表的駐青院所，以青島理工大學(xué)、青島科技大學(xué)為代表的駐青高校，還有以青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司、青島海麗雅集團有限公司為代表的青島企業(yè)都深度參與其中。可以說，從發(fā)射到回收，從硬件設(shè)備到軟件系統(tǒng)，青島科技助力飛天圓夢，為我國航天事業(yè)提供了最“長情”的陪伴。

飛行姿態(tài)三維可視化，護航順利出發(fā)

從地球到太空是一條遙遠的征途，“每一步”都牽動著億萬人的心。如果能實時“看到”飛船飛行過程中的每一個姿態(tài)，就可以為飛船平安出發(fā)提供更好的護航。

在這個領(lǐng)域，青島理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師趙正旭團隊付出了艱辛的努力。自1992年至今，趙正旭從事航天科技領(lǐng)域研究已有30余年，他不僅是我國較早開展航空領(lǐng)域計算機研究的學(xué)者之一，也是我國航天測控可視化技術(shù)攻關(guān)的“領(lǐng)路人”。

2008年，趙正旭牽頭組建核心創(chuàng)新團隊時，國內(nèi)航天測控可視化技術(shù)還剛剛起步，實時三維可視化技術(shù)和人才基礎(chǔ)都非常薄弱。團隊成員、青島理工大學(xué)副教授張慶海說，組建初期，多數(shù)成員從來沒有接觸過可視化技術(shù)，軌道根數(shù)、姿態(tài)四元數(shù)、地固系、地慣系等航天專業(yè)術(shù)語和航天知識就像“天書”一樣晦澀難懂。

就是在這種情況下，團隊接到了為中國首次火星探測計劃“螢火一號”發(fā)射任務(wù)保駕護航的任務(wù)。迎難而上，趙正旭帶著團隊在“桑拿天”里守著幾臺功率上千瓦的工作站夜以繼日干了兩個多月，我國航天航空第一個三維可視化平臺的原型系統(tǒng)由此誕生，并成功為“螢火一號”的發(fā)射提供了護航。

此后，“嫦娥二號”繞月探測三維可視化任務(wù)接踵而至。半年時間里，趙正旭帶領(lǐng)團隊完成了可視化平臺的建立和調(diào)試。“嫦娥二號”成功發(fā)射當(dāng)天，其飛天繞月之旅的每一個動作、每一個狀態(tài)都實時、準確、直觀地呈現(xiàn)在北京航天飛行控制中心巨幅屏幕上，讓萬千觀眾對“飛天”有了更直觀的感受。這次任務(wù)的成功也標志著我國在航天可視化領(lǐng)域徹底擺脫了對國外平臺的依賴，核心技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

現(xiàn)在，趙正旭帶領(lǐng)團隊研制了我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的航天飛行控制實時三維可視化系統(tǒng)，實現(xiàn)了宇宙深空“觸手可及”。這個系統(tǒng)可以將飛船飛行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)在0.1秒內(nèi)進行“實時翻譯”，并驅(qū)動控制中心屏幕上的飛船模型調(diào)整位置與姿態(tài)，讓地面控制人員可以在第一時間看到飛船“實況”。“這項技術(shù)就像給飛船提供了‘眼睛’，可以讓它以更好的姿態(tài)進行運行，還能為飛船軌道修正、姿態(tài)調(diào)整以及飛行控制與指揮等提供關(guān)鍵技術(shù)支持。”趙正旭表示。

目前，團隊的相關(guān)成果已經(jīng)廣泛參與了載人航天工程“天宮”系列、“神舟”系列和空間站建設(shè)、探月工程“嫦娥”系列、火星探測可視化任務(wù)“天問一號”等多個國家重大航天工程，為航空安全提供了技術(shù)支持與保障。

“硬核”設(shè)備大顯身手，助力高效作業(yè)

10月26日11時14分，搭載神舟十七號載人飛船的長征二號F遙十七運載火箭成功發(fā)射。和飛船一起升空的，還有青島海爾生物醫(yī)療的航天醫(yī)用冷儲箱。該冰箱從神舟八號開始列裝神舟飛船，已經(jīng)圓滿完成多次航天醫(yī)學(xué)實驗任務(wù)。

與民用冰箱相比，航天醫(yī)用冷儲箱有多處不同。例如，在太空微重力環(huán)境下，民用壓縮機制冷技術(shù)會“失靈”。而該冰箱使用了其自主研發(fā)的制冷芯片一體封裝技術(shù)，經(jīng)過輕量化設(shè)計，首次將熱電制冷技術(shù)成功應(yīng)用于我國航天冰箱中。此外，該冰箱還采用輕量化設(shè)計，通過制冷系統(tǒng)選擇、結(jié)構(gòu)緊湊性設(shè)計、保溫層厚度減半等技術(shù)，實現(xiàn)制冷效率較傳統(tǒng)民用產(chǎn)品提高約50%。

航天產(chǎn)品不僅要輕，還要經(jīng)受住發(fā)射階段的振動沖擊考驗，此次搭載的冰箱實現(xiàn)了整機重量與整機力學(xué)強度的統(tǒng)一，解決了“輕”與“強”這兩個矛盾體。

截至目前，海爾生物醫(yī)療航天醫(yī)用冷儲箱、航天冷凍箱、航天食品冷藏箱等航天冰箱產(chǎn)品已經(jīng)十三次進入太空。

這是青島科技研發(fā)的硬件設(shè)備讓我國航天事業(yè)“空中作業(yè)”更加順利的縮影。在我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”中，青島科技大學(xué)的研究成果協(xié)助探測器在著陸段利用光學(xué)相機獲取火星表面圖像，并提取星面隕石坑、山脊、溝壑等特征作為導(dǎo)航陸標，通過跟蹤這些特征從而對自己的位置、速度、姿態(tài)等作出預(yù)估，再結(jié)合慣性導(dǎo)航信息更準確地明確位置，從而完成精確著陸。

青島海麗雅集團有限公司提供的著陸傘繩連接技術(shù)，主要作用于探測器進入火星大氣后安全著陸這一核心環(huán)節(jié)。海麗雅集團副總工程師徐連龍介紹，這個過程中，探測器要在7分鐘內(nèi)將時速從每秒5.9公里降到零，減速傘打開的一瞬間和探測器著陸的一瞬間對傘繩的沖擊力都非常大。海麗雅的繩索插接技術(shù)可最大限度提高傘繩強度、減少強力損失，成功確保著陸器安全。

而在“嫦娥五號”任務(wù)中，青島企業(yè)浦芮斯光電則貢獻了“磁光開關(guān)”器件。這是“嫦娥五號”測距測速敏感器中的關(guān)鍵元件之一，相當(dāng)于“嫦娥五號”的眼睛，讓它在登上月球和飛離月球時可以感知月球的三維方位和飛行速度。

通過提供關(guān)鍵設(shè)備和元器件，青島科技為我國航天工程在“空中作業(yè)”階段提供了科技支撐和保障。

“順風(fēng)耳”第一時間捕獲信號，確保返程平安

“空中作業(yè)”完成后，能否順利返程是關(guān)乎任務(wù)成功與否的“決勝環(huán)節(jié)”。在這個環(huán)節(jié)，青島科技也提供了滿滿的“安全感”。

衛(wèi)星、航天飛船等空間飛行器以很高的速度返回地球，“路過”大氣層時，在一定高度區(qū)域與地面的通信聯(lián)絡(luò)會中斷，這個中斷聯(lián)絡(luò)的區(qū)域被稱為黑障區(qū)。沖出這個區(qū)域，返回艙就會打開降落傘。

連接返回艙和降落傘的兩條“繩子”被稱為垂掛吊索，在新一代載人飛船返回艙著陸時起著至關(guān)重要的作用。這兩條“繩子”來自青島海麗雅集團。海麗雅技術(shù)中心副主任張麗東介紹，如果使用傳統(tǒng)鋼纜，那么兩條垂掛吊索的重量可高達上百公斤。而在發(fā)射過程中，重量每增加一公斤可能意味著發(fā)射成本增加上百萬元。

為此，海麗雅集團進行了十幾道工序的研發(fā)，每一道工序又經(jīng)過幾十次甚至幾百次的實驗，成功研發(fā)出了纖維復(fù)合纜，并通過不斷優(yōu)化和改進編織結(jié)構(gòu)、成繩工藝，逐步將垂掛吊索的重量從上百公斤降低到了5公斤以內(nèi)。別小看這兩條繩索，它們重量雖輕，力量巨大。“用這兩條繩子，可以同時拉起相當(dāng)于近20頭成年大象的重量。”張麗東這樣比喻道。

而隨著降落傘的打開，返回艙會發(fā)出第一個信號，這就到了22所的作用環(huán)節(jié)——每一次，22所的設(shè)備都能第一時間捕捉到這個信號，并迅速根據(jù)信號確定返回艙的著陸位置。

這樣沒有時差的“聽力”得益于一款叫做定向儀的核心裝備。定向儀產(chǎn)品采用無線電“呼叫-應(yīng)答”模式，相較于雷達、光學(xué)設(shè)備，受外部環(huán)境因素影響更小，無論風(fēng)霜雨雪還是寒暑晝夜，都能及時捕獲、精準定向，引導(dǎo)搜救力量快速抵達落點，因此被譽為返回艙回收的“順風(fēng)耳”。

“從神舟一號到神舟十七號，我們團隊全程參與搜救回收，創(chuàng)造了多項紀錄。”22所團隊資深成員張永宏回憶，上世紀90年代初，項目團隊從“一窮二白”起步，通過不懈攻關(guān)，相繼開發(fā)出多類機載、車載、船載、便攜式定向儀，新型模擬信標機、新型航天員通話電臺等產(chǎn)品。團隊負責(zé)人宋磊介紹，近30年來，22所已經(jīng)先后研制了150多套相關(guān)裝備，不僅實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，還確保作用距離等核心指標實現(xiàn)了全球領(lǐng)先。以這些設(shè)備為支撐，我國載人航天工程著陸場系統(tǒng)構(gòu)建起近中遠程搭配、海陸空協(xié)同的立體化搜救引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了對返回艙從開傘到著陸全過程的跟蹤定位，使我國搜救定向技術(shù)站到世界前沿。

多年來，22所這支團隊的成員有時在距離海邊3000海里的大洋上，有時在廣袤無邊的荒漠中，沒有信號、無法與外界聯(lián)絡(luò)是常態(tài)。在寂靜的等待中，他們一次次聆聽到了返回艙發(fā)出的“第一聲呼喚”。

現(xiàn)在，中國載人航天事業(yè)從發(fā)射載人飛船，到突破航天員出艙活動技術(shù)、空間飛行器交會對接技術(shù)，再到建造空間站，已經(jīng)實現(xiàn)了“三步走”的跨越式發(fā)展，創(chuàng)造了“發(fā)發(fā)成功、次次圓滿”的紀錄，取得了舉世矚目的成就。“星辰大海”的征程中也凝聚著青島科技工作者的心血。我們欣喜地看到，青島科技參與我國航天事業(yè)已經(jīng)成為“常態(tài)”。

來源：青島日報/觀海新聞