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“神舟十二飞天”背后的高校力量
2021-06-18 高校科技进展

  6月17日9时22分,神舟十二号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空,准确进入预定轨道,顺利将3名航天员送上太空。17日18时48分,航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱,标志着中国人首次进入自己的空间站。

△图源:人民日报

  在这次“神舟十二”和中国空间站的多项任务中,离不开众多高校以及校友的甘于奉献、艰苦奋战、不懈追梦,用汗水和智慧为航天员们的太空征程保驾护航!

  ★清华大学

  本次飞行任务圆满成功的背后凝聚着无数人的努力与心血,台前幕后,也有清华人的身影与付出。

  参加这次发射任务的有许多清华校友,其中有7位毕业于清华大学航天航空学院的校友承担了主要发射任务和空间站航天员在轨工作任务,他们是:

  王翔,1991年工程力学系本科生,1996年本科毕业,2001年力学学科博士毕业,导师姚振汉教授,现任北京空间飞行器总体设计部空间站总指挥。

  容易,2001年工程力学系博士研究生,2006年动力工程及工程热物理学科博士毕业,导师王希麟教授,现任中国运载火箭研究院长征2-F运载火箭总设计师。

  谷振丰,2002年工程力学系本科,清华力学2006年本科毕业,2013年博士毕业,曾任酒泉卫星发射中心零号指挥员,本次任务负责发射现场指挥。

  高旭,2001年工程力学系本科生,2005年本科毕业,2010年力学学科博士毕业,导师方岱宁教授,神州十二号载人飞船总体副主任设计师。

  薛辉,1999年工程力学系本科生,2003年本科毕业,2009年动力工程及工程热物理学科博士毕业,导师李志信教授,酒泉卫星发射中心技术部工程师。

  聂海胜,中国首批航天员,2010年获得清华大学航天工程硕士学位,导师郑钢铁教授,担任神舟十二号任务指令长。

  刘伯明,中国首批航天员,2010年获得清华大学航天工程硕士学位,导师庄茁教授。担任神舟十二号任务航天员。

  ★北京航空航天大学

  据北京航空航天大学官方消息,“神舟十二号的成功发射,离不开北航人的贡献,从校内一大批科研团队到广大航天一线校友,筑梦星辰,始终在路上。”

  据介绍,长征二号F运载火箭总指挥荆木春是北航自动化科学与电气工程学院1980级本科生、1984级硕士生、2004级博士生。长征二号F运载火箭总设计师张智是北航航空科学与工程学院1983级本科生。

  中国航天员系统总设计师黄伟芬是北航1981级飞机设计专业本科生。副总设计师吴志强是北航1996级航空科学与工程学院博士生。副总设计师张万欣是北航1997级航空科学与工程学院硕士生。

  载人飞船系统总体主管设计师明章鹏是北航高等理工学院2002级本科生、2006级博士生(与航空学院联合培养)。

  此外,在载人航天工程总指挥、副总指挥、总设计师、副总设计师等高级技术和管理人员中超过三分之一是北航校友。

  ★南京航空航天大学

  此次发射,神舟十二号将运送三名宇航员进入空间站生活三个月。航天员在整个任务期间的健康和安全是载人航天探索任务的核心问题,也是航天医学领域的首要任务之一。宇航员在空间中会受到辐射粒子的损伤,辐射粒子甚至会威胁到宇航员的生命安全。宇航员在空间站生活时间的延长,离不开空间站生存、生活条件的提高。

△脑功能及视觉信息加工分析实验

  南航材料科学与技术学院丰俊东副教授领衔的核技术与航天医学工程课题组,聚焦在航天特因环境(辐射、辐射失重复合效应)对航天员脑和视觉的影响及在轨诊断、防护技术方面研究,从2018年起,承担了“空间站工程航天医学实验项目“等多项课题。在地基实验中,课题组通过人体和动物实验模型,系统研究了辐射、辐射失重复合效应对脑组织、脑功能(如认知、记忆等)的影响。在天基实验中,团队将在轨检测航天员的脑功能状态,评估空间站环境下航天员的健康状态。

△脑功能及视觉信息加工分析系统

  航天相关神经-眼部综合征(SANS)影响到国际空间站约三分之二的宇航员。课题组采用生物电信号分析结合形态学、分子生物学研究方法,研究了航天特因环境(辐射、辐射失重复合效应)对航天员的影响。遴选关键指标,研发在轨应用的SANS早期诊断技术,为SANS综合征的预防、诊治奠定基础,为航天员健康保障提供支持。

△电磁阻尼器高低温测试系统

  神舟十二号飞船入轨后,将采用自主快速交会对接模式对接于天和核心舱的前向端口,与天和核心舱、天舟二号货运飞船形成组合体。航天器对接时存在一定的相对速度,由于航天器的质量大,对接时产生的动能比较大,对接机构内部采用了电磁阻尼器消耗对接能量,航天学院王小涛副教授团队研发了一套电磁阻尼器高低温测试系统,测试空间环境下电磁阻尼器的阻尼特性是否满足设计要求。

  王小涛介绍,电磁阻尼器设计出来之后,需要研究它在空间环境下的阻尼特性和设计的是否一致。课题组研制了模拟空间环境,并且测试它的阻尼特性的电磁阻尼器高低温测试系统。测试系统目前已经应用到包括神舟十二号飞船在内的多个神舟系列飞船任务中。

  航天学院魏志勇教授领衔的“空间辐射环境探测及效应“课题组面向空间站等长期载人航天任务,开展宇航员的辐射剂量及损伤研究。课题组目前主要通过建立中国宇航员数字人体模型,结合已有的空间辐射场模型和在轨实测数据,采用计算机建模仿真的方法,研究空间辐射场在宇航员体内的辐射剂量,从外辐射场、内辐射场、损伤剂量等角度评估宇航员的辐射风险,并提出防护措施,对宇航员在轨工作的辐射安全保障提供支撑。

  航天五院载人航天总体部载人航天器总体研究室系统设计组,承担着我国神舟载人飞船和天舟货运飞船的总体设计工作,是我国飞船研制的中坚力量。南航飞行器设计专业2012级博士李兴乾担任总体室主任。

  南航飞行器环境与生命保障工程专业1999级校友仲伟巍担任航天员系统总体主任设计师,电气技术专业1988级校友林涓、航空飞行器设计专业1998级校友周智勇担任长征二号F遥十二火箭主任设计师。

  ★国防科技大学

  国防科技大学作为大国工程的人才摇篮,源源不断为我国载人航天事业提供有力支持。

  中国载人航天工程总设计师周建平,1978年进入国防科技大学应用力学系学习飞行器结构强度设计专业,2006年起任中国载人航天工程总设计师。长期从事载人航天工程总体设计及技术管理工作,参与组织载人航天工程第一步任务(载人飞船工程)的研制和飞行试验技术工作,主持载人航天工程第二步任务(空间实验室)和第三步任务(空间站)全面技术工作,为实现我国载人航天技术跨越发展作出了重大贡献。获国家科技进步奖特等奖2项、一等奖1项。2013年当选为中国工程院院士。

△图源:央视新闻

  周建平在神舟十二号发射现场接受记者采访时,谈到自己从事载人航天事业的心路历程:“当时走这条路的时候,遵循一个原则就是,我们每一个人把自己该做的事情做好,把碰到的问题都解决好。”

  此外,国防科技大学团队还参与了此次参与对接的天宫空间站研制和保障工作。

  国防科技大学空天科学学院罗亚中团队参与天宫空间站运营任务规划系统研制工作。该系统是实施空间站建造与运营核心地面系统,团队承担了总体层规划业务模型算法开发与软件研制工作。

  国防科技大学气象海洋学院太空环境感知与应用团队重点围绕中国空间站建设运行的太空环境保障体系开展了系列工作,参与了总体框架设计、需求指标确定、关键技术治理和建设方案拟制等工作,并重点针对地球中高层大气、电离层建模修正及效能评估等关键问题开展技术攻关。

  ★北京理工大学

  此次出征的航天员刘伯明,2018年进入北京理工大学攻读博士学位。此前,他曾于2008年9月,执行神舟七号飞行任务,被中共中央、国务院、中央军委授予“英雄航天员”荣誉称号,并获“航天功勋奖章”。

  中国航天科技集团公司五院,神舟十二号载人飞船总指挥何宇,2007级北京理工大学机电学院博士,本科毕业于天津大学电子系电子工程专业。此前,他圆满完成了天宫一号与神舟九号、天宫一号与神舟十号、天宫二号与神舟十一号3次国家重大任务,为空间站工程的开展奠定坚实的技术基础,为航天强国建设作出了卓越贡献。

△何宇

  空间站系统副总指挥敬铮,2000年毕业于北京理工大学宇航学院飞行器制导与控制专业,他在空间站系统研制过程中,主要负责整个项目的管理工作。

  空间站系统副总设计师朱光辰,1995年毕业于北京理工大学宇航学院飞行器工程系火箭发动机专业。他在空间站研制过程中,组织完成了总体布局设计、总装设计、结构设计、大型试验工作。

  载人飞船副总设计师郑伟,1997年本科毕业于北京理工大学宇航学院飞行器动力工程专业,2000年硕士毕业于光电学院测试计量技术及仪器专业。毕业后长期从事我国载人飞船总体设计工作,作为重要成员承担了出舱活动载人飞船、交会对接载人飞船总体设计工作。

  载人飞船测控与通信主任设计师黄克武,2011年博士毕业于北京理工大学信息与电子学院信息安全与对抗专业,黄克武带领团队执行神舟十号、十一号、十二号飞行试验,负责实现天地基测控通信,包括遥测遥控、导航定位、中继数传、图像话音、空空通信、返回信标等任务。

  此外,“北理工智慧”也将在此次神舟十二载人飞船与空间站“天和”核心舱的空间交会对接任务中发挥重要作用。

  北理工研制的交会对接微波雷达信号处理机和微波应答机信号处理机,自2011年起持续为历次空间交会对接贡献力量。在此次任务中,将为神舟十二载人飞船与空间站“天和”核心舱的空间交会对接任务提供相对定位测量信息。北理工研制的高效视频编解码技术,自2005年首次应用于长征火箭后,十六年来持续为“神舟”系列飞船发射提供技术及服务。北理工参与研制的航天员全沉浸感虚拟现实心理舒缓系统软件也将有效地为航天员舒缓心理压力,保障航天任务顺利完成。

  ★哈尔滨工业大学

  据中国载人航天工程办公室消息,神舟十二号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于北京时间2021年6月17日15时54分,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱前向端口,与此前已对接的天舟二号货运飞船一起构成三舱(船)组合体,整个交会对接过程历时约6.5小时。这是天和核心舱发射入轨后,首次与载人飞船进行的交会对接。哈尔滨工业大学多项技术有力支撑此次对接和发射任务。

△载人航天对接机构地面模拟与测试系列装备(央广网发哈尔滨工业大学供图)

  这是我国载人航天工程立项实施以来的第19次飞行任务,也是空间站阶段的首次载人飞行任务。组合体飞行期间,航天员将进驻天和核心舱,完成为期3个月的在轨驻留,开展机械臂操作、出舱活动等工作,验证航天员长期在轨驻留、再生生保等一系列关键技术。

△神舟载人飞船与空间站天和核心舱、天舟货运飞船组合体交会对接模拟图(央广网发哈尔滨工业大学供图)

  空间交会对接是现代航天器长期在轨运行期间不可缺少的操作,是载人航天活动三大基本技术之一。空间对接机构是实现空间飞行器间在轨的机械连接、建立航天器联合飞行的组合体和安全分离的系统。从2011年神舟八号飞船与天宫一号进行首次空间对接任务开始,到此次神舟十二号与天和核心舱的交会对接,我国已经成功实施5次载人飞船的空间对接任务。这背后,始终有来自哈工大材料学院王浪平教授团队的技术支持。

  空间对接机构由若干套装置实现飞船与目标飞行器的锁紧与解锁,锁紧过程其偏心轴等零件表面承受的应力接近材料极限。为了保证对接机构的工作可靠性,要求零件在保持微米级加工精度的同时,其表面获得超高硬度、低摩擦系数和防冷焊等性能。由于结构材料无法满足这一性能要求,必须采用表面强化技术来提升零件表面性能。然而,采用传统表面强化技术来处理这些零件时,存在零件尺寸超差、表面脆化等重大技术难题,导致这些零件的表面强化一度成为空间对接机构研制的核心技术瓶颈之一。

  王浪平教授团队采用离子注入与沉积技术实现了硬度与成分双梯度过渡复合表面强化层的制备,获得了太空环境下的高抗磨损、自润滑和防冷焊等性能,从而攻克了空间对接机构核心零件的表面强化难题,并研制了离子注入与沉积工业化装备,为空间对接机构上50余个核心零件的表面强化提供了设备条件,实现了关键技术的自主可控,保障了神舟八号到神舟十二号飞船与目标飞行器的可靠对接,并被航天八院授予“首次空间对接任务优秀协作单位”。

  ★上海交通大学

  此次载人飞行任务,上海交通大学博士毕业生聂海胜担任指令长,第三次出征太空。

  今年春天,聂海胜刚作为上海交通大学航空航天学院博士研究生毕业,他身着航天员制服以视频连线的方式出现在毕业典礼上。聂海胜在4分多钟的发言里提到:“母校饮水思源爱国荣校的校训要求我们应该勇敢地站出来,顺应时代需求,积极接受祖国的挑选。”

  上海交通大学与“神舟”结缘已久。上海交通大学的无线图像传输技术多次成功保障了神舟的返回舱搜救指挥任务,护航“神舟”回家。其完整成熟的通信架构、稳定可靠的通信机制、灵活多样化的业务模式,有效地推动了基于机载的空空、空地宽带机动通信的技术发展,并将进一步实现向海洋通信、对地勘测、航空探查、空中安保、森林消防等立体通信应用领域的纵深拓展,为我国的特种通信事业作出贡献。

  ★西安交通大学

  空间机械臂是空间站重要设备,而视觉系统则是空间机械臂的“眼睛”。西安交通大学科研团队为空间机械臂装上明亮的“眼睛”,使空间机械臂在视觉系统的引导下顺利完成成舱段转位、悬停飞行器捕获、辅助对接、货物搬运、辅助航天员出舱等任务。

  自2007年起,中国工程院院士、西安交大郑南宁教授就带领科研团队参与空间站机械臂视觉系统研制。西安交大王飞教授是项目的承担人,他和团队齐心协力,从事空间站机械臂视觉系统设计、软件开发与硬件产品的研制工作。历时十余年的攻坚克难,先后圆满完成了原理、电性与正样产品的研制任务。

  ★西北工业大学

  据西北工业大学介绍,神舟系列载人飞船在神舟八号之后基本设计定型,成为中国载人航天实现天地往返的唯一航天器。神舟飞船的舱内环境、仪表与照明系统和舱载人机设备的工业设计和工效设计与评价均由西工大载人航天工业设计团队完成。

  核心舱的设计数易其稿,多次优化迭代,技术状态变化很大,目前的天和核心舱的色彩方案、布局方案、照明与通风、机械臂控制台、睡眠区和卫生区等多处重要区域仍然采用或部分保留了西工大载人航天工业设计团队概念设计理念。

  空间站核心舱的乘员分系统中的多款舱载医学监测设备的工业设计任务均为西工大工业设计团队完成。

  除此之外,团队还参与到了核心舱其他相关设备的工业设计研制任务中。

  ★西安电子科技大学

  杨宏是我国载人空间飞行器技术专家和学术带头人,历任载人飞船总体室副主任、总体副主任设计师、载人飞船副总设计师、“天宫一号”总设计师、空间站系统总设计师等职务,1984年毕业于西安电子科技大学通信工程学院信息论专业。1991年起开始新型返回式卫星的研制工作,1992年进入中国载人飞船总体室从事飞船总体设计工作。

  此外,还有包为民、杨孟飞、张荣桥、王志刚、熊群力、阴和俊、麻永平等一大批西电航天人在这一战线拼搏,老钱庄娱乐官网:他们为中国航天梦蓝图的实现奉献着源源不断的西电力量。

  ★东华大学

  为保障神舟十二号航天员太空和地面工作生活全过程,东华大学航天员服装研发设计团队设计了系列专用服装以及空间站任务航天员舱内用鞋。其中包括航天员在空间站工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等多个种类。

△航天服

  “中国航天员专用服装是以功能性和工效性优先,兼具美观性的多功能服装,团队在面辅料、色彩图案,甚至服饰细部缝迹线都融入了中国特色的时代元素。”东华大学航天员服装研发设计团队负责人、服装与艺术设计学院院长李俊介绍说。从美学层面而言,全系列航天服及配饰的款式、颜色、图案、质地等不仅要相互匹配,还要与舱室环境相融,在体现中国特色文化元素和时代特征的同时,体现航天员群体的职业特点和精神风貌。

  例如在航天员常服设计中,团队在天空色湖蓝基础上,加入象征地球天际线和外太空的色调元素,深浅明暗的变化搭配,让服装看起来更立体饱满。工艺上多以立体直线条为主,前肩隐喻航天飞行轨迹的“S”型弧线与前胸象征胜利的“V”型直线拼条呼应,呈现粗细曲直和谐之美。

  而各具功能的不同类型服装,要帮助航天员在长时间太空飞行中起到对抗失重对人体肌肉的不利影响,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,要求“一样菜必须满足百家胃”。

△航天员的舱内用鞋

  舱内鞋的鞋底展示例如宇航员的舱内用鞋,就大有讲究。脚面造型尝试“鱼排骨”式的波状结构,以缓冲航天员运动时产生的碰撞,保证了灵活性与保护性的统一。舱内用鞋的材料以热塑材料、混纺针织材料为主,柔软、轻便、环保、抗静电、透气、富有弹性,保证了航天员在飞船舱内及空间站失重环境下进行活动时脚部的舒适和安全。同时,舱内用鞋采用跨尺码设计,尺码上分别设计了可以涵盖多名男女航天员的尺码体系,并考虑到多种作业环境下的足底形态变化,以匹配航天员的足部运动特征。考虑到舱内的微重力状态以及飞船载人的重量要求,舱内用鞋比日常百姓穿的普通鞋要轻很多。

  设计团队在舱内鞋的鞋底还埋了个小彩蛋:在保证功能性的基础上,整个鞋底的镂空设计源于“九天揽月”的篆书汉字艺术设计变化,外圈环绕的周天“星宿”,彰显了“敢上九天揽月,敢下五洋捉鳖”凌云壮志的大国气魄。

  ★郑州大学

  此次载人航天飞行任务中,郑州大学一如既往,积极参与,为祖国航天事业的发展贡献了郑大力量。

  神舟十二号上有两套面窗产品为郑州大学研制,一套是发射过程中航天员所穿的舱内服面窗,一套是航天员在太空中进行作业所用的新一代航天面窗。

  从神舟七号到刚刚发射的神舟十二号飞船,航天员使用的出舱宇航服头盔面窗和相关塑料件都是由郑州大学的团队所研制。面窗组件是宇航员在外太空活动时观察外界的窗口,可以说是宇航员的“眼睛”,它不仅要给宇航员提供一个清晰、良好的视野,也是航天员生命保障最关键的部件之一。作为航天服最薄弱的环节,面对巨大的气压,面窗有任何裂纹,都可让航天员面临生命危险。

  自2005年3月,郑州大学国家橡塑模具工程研究中心正式接受解放军总装备部航天委托研制宇航员出舱头盔面窗任务以来,模具中心的科研和工程技术人员在申长雨院士的带领下团结协作,夜以继日的艰苦奋战,上百次的反复实验,终于突破了航天和军工塑料制品的成型和模具技术,成功研制出太空工作站用新一代航天服面窗、新型战机光电作战头盔护目镜等关键防护装置,为“神舟”系列飞船与“天宫”实验室交会对接飞行任务的圆满成功作出重要贡献,荣获“中国载人航天工程突出贡献奖”。

  ★中国人民解放军空军航空大学

  空军航空大学是我国唯一一所以培养飞行人才为主体,航空飞行指挥与航空工程技术专业兼容的综合性军事高等学府,“十一五”期间军队“2110工程”重点建设院校,校本部位于吉林省长春市高教文化区的中心。

  大学具有悠久的历史和优良的传统,前身是中国人民解放军1946年创办的第一所航空学校--东北民主联军航空学校。在半个多世纪的风雨洗礼中,学校创造出中国空军史上“最先培训新中国第一批女航空员”、“最先承训双学士飞行员”、“最先培养空军侦察情报人才”等20多个空军之最。共培养各类人才14万余名,涌现出中国工程院院士李明,战斗英雄王海、张积慧、刘玉堤、杜凤瑞,空军机务标兵李光男,航天英雄杨利伟、翟志刚和英雄航天员费俊龙、聂海胜、刘伯明、景海鹏,中国第一位女航天员刘洋等一大批英雄模范,先后有近300名毕业学员成长为军职以上领导干部。学校被誉为“飞行员的摇篮”、“英雄的摇篮”、“将军的摇篮”、“航天员的摇篮”。

  ★青岛理工大学

  由青岛理工大学复杂网络与可视化研究所航天可视化团队研制的深空探测实时三维可视化技术将在神舟十二号和天和核心舱进行自主交会对接任务中发挥关键作用,并将持续在神舟十二号在轨飞行以及返回舱返回任务中发挥作用,为神舟十二号载人交会对接任务圆满成功保驾护航。

△神舟八号飞船太阳帆板展开过程的实时可视化

  复杂网络与可视化研究所航天可视化团队已经成功为国家载人航天工程天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号交会对接任务,天宫二号与神舟十一号、天舟一号交会对接任务提供关键技术支持和工程保障;参与并圆满完成多项探月工程以及深空探测等工程实战任务,主要包括探月工程嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1飞行试验器、嫦娥四号以及嫦娥五号任务的可视化飞行控制指挥与遥操作操控任务,天舟二号货运飞船与空间站天和核心舱自主交会对接任务以及天问一号火星探测任务。

△神舟十号与天宫一号交会对接过程的实时可视化

  本文综合自:各校官微、新华网、央视新闻、央广网、现代快报、澎湃新闻、青岛新闻网、软科等

  编辑整理:高校科技进展

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