太空出差 | 發射回收搜尋定位、航天冰箱、三維實時可視技術—— 青島力量保障“吃與行”
半島全媒體記者王麗平
“神舟”問天又出征。10月16日0時23分，長征二號F遙十三運載火箭在酒泉點火升空，搭載神舟十三號飛船如利劍般刺破蒼穹飛向太空，在中國航天史上留下濃墨重彩的一筆，這凝聚了無數航天人的拼搏與夢想，其中就有來自青島的科研力量，他們就是中國電子科技集團公司第二十二研究所（下稱“中國電科22所”）。
上世紀90年代初，國家載人航天工程啟動，中國電科22所921團隊隨之成立。30年來，921團隊始終堅守“為航天器著陸回收提供科技支撐”的初心和使命，圓滿完成神舟一號到神舟十二號載人航天發射保障任務，10月16日再次完成神舟十三號載人航天發射保障任務。
1
凌晨氣溫0℃
返回時唱主角
10月16日0時23分，長征二號F遙十三運載火箭搭載神舟十三號飛船，在酒泉衛星發射中心成功發射。
“看著神舟十三號順利發射，我們的心情無比激動。”10月16日凌晨，中國電科22所高階工程師、22所載人航天工程任務團隊負責人宋磊，第一時間向半島全媒體記者分享了他的心情。雖然已經多次參與神舟飛船發射保障任務，神舟十三號飛船發射成功後，宋磊依然激動不已。
正值10月中旬，大漠戈壁凌晨氣溫已經在0℃左右，宋磊和團隊成員從10月15日一大早，就一直守候在酒泉衛星發射中心東風基地回收待命區，進行著一系列前期準備工作，整個過程他們精神高度集中、嚴陣以待。
宋磊介紹，此次神舟十三號飛船發射中，中國電科22所承擔的任務主要分為兩個階段。
第一個階段就是發射階段，飛船在上升段至準確入軌期間，一旦發生應急返回，佈設於海上、陸上應急著陸區的搜尋定向裝置和人員，會在第一時間發現返回艙營救航天員。宋磊說，在此階段希望他們的裝備“備而不用，但必須常備不懈”，“因為這是確保航天員安全健康返回的最強保障”。
第二個階段是六個月後，神舟十三號航天員完成所有在軌任務正常返回時，在東風主著陸場，中國電科22所研製的搜尋定向裝備就要唱主角，它們是名副其實的“千里眼”，能夠在全天候、全天時條件下，快速捕獲著陸返回艙，引導空中、地面力量迅速抵達著陸點進行處置。
“與此同時，我們還要隨時應對航天員在軌執行時隨時返回。”宋磊介紹道。
2
保障“連軸轉”
假期守在戰位
“今年是我國載人空間站建設元年，也是迄今為止22所承擔載人航天工程任務最重的一年。”宋磊告訴記者，這種高頻次的載人航天發射與回收任務，對參與的技術人員也是挑戰和考驗。
“9月17日，神舟十二號飛船返回，之後團隊經過短短几天休整，就立馬進入到神舟十三號飛船發射任務中。”宋磊說，“在執行神舟十二號飛船返回任務時，我們已經知道10月中旬要進行神舟十三號飛船發射，大家的心情可以說是既緊張又興奮，航天任務多是對我們團隊的考驗，同時，航天任務多也是我們國家航天事業快速發展的體現。”
神舟十二號飛船返回任務之後不久，宋磊和團隊就開始為神舟十三號飛船發射作準備，進行裝置除錯、維護，經常到野外、海上等搜救區域進行演練，“團隊的許多成員，都是在戰位上過的國慶假期。”
宋磊告訴記者，為保障搜救裝置的效能，在發射前的幾天時間裡，團隊成員會對每一臺參試裝置進行巡視檢查，不放過每一個細節，仔細檢查測試裝置各項指標，保證裝置能夠在任務期間正常工作。
“中電科22所此次的參試裝備數量、新研裝備數量、保障點位數量均達到歷史極值，並派出12人的保障團隊，分佈在各個搜救點，全天待命。”宋磊說，為確保任務順利完成，中國電科22所應急保障演練工作早已提前完成，並擁有一套嚴格完備的應急方案預案，為航天員順利著陸提供堅強保障。
3
三位一體搜救
被譽為“眼睛”
宋磊所在的921團隊，是中國電科22所一個有著輝煌成就和光榮歷史的團隊。上世紀90年代初，國家載人航天工程啟動，這個團隊隨之成立，自成立起便以工程代號“921”命名。
30年來，921團隊始終堅守“為航天器著陸回收提供科技支撐”的初心和使命，幾代人接續奮鬥，創造我國航天器著陸回收史上多個第一：第一臺“車載定向儀”、第一臺“船載定向儀”、第一臺“機載定向儀”。
伴隨著一代代航天人的不斷付出，中國電科22所在“為航天器著陸回收提供科技支撐”這一領域不斷完成技術突破，先後研製出“天地通”短波通訊系統，船載短波/超短波定向儀、機載定向儀、機載指揮平臺和模擬雙頻信標機等返回搜救裝置，形成海陸空三位一體搜救手段，被譽為搜救飛船的“眼睛”，為載人航天工程作出重要貢獻。
宋磊告訴記者，在去酒泉衛星發射中心的路上，他給921團隊第一代負責人打去電話，老人家已經80多歲仍然心繫國家航天事業，有頗多關心和囑託。從老一代航天人手中接過這項光榮而艱鉅的任務，宋磊和團隊成員深感責任重大。“所以，我們要把這項事業繼續發揚光大，將載人航天精神繼續發揚光大，為我們的航天夢作出自己的貢獻。”宋磊說。
目前，921團隊共有20人，年齡最小的23歲，年齡最大的47歲，團隊比較年輕化。目前，已經建立起一張近、中、遠端搭配，海、陸、空協同的立體化搜尋定向網路，確保航天員安全健康返回，走出一條具有我國自主特色的航天器著陸回收技術創新發展之路。
講述
擔心船載裝置狀態60多歲總師爬上20米桅杆
一代人有一代人的夢想，一代人有一代人的擔當。”宋磊說，伴隨著國家載人航天工程三步走的戰略征程，中國電科22所921團隊在30年逐夢的征程上，留下了一個個光輝的身影，其中有耄耋之年仍然矢志不渝的老科學家，有榮譽等身依舊堅守一線的領軍人物，也有銳意進取不斷成長的青年專家，更有矢志航天的年輕一代。
作為中國電科22所載人航天工程任務團隊負責人，他一步步從一個毛頭小子，成長為現在獨當一面的負責人，“在921團隊每個人身上，最鮮明的色彩是傳承，是航天精神的傳承，也是航天使命的傳承。”
提起“921”會讓別人贊慕
“作為921團隊的一員，我深感榮幸。”宋磊伴隨著我國載人航天事業發展，也在不斷成長進步。宋磊1980年出生，2007年從院校畢業後，就來到中國電科22所，今年是入職第十五個年頭。
至今，宋磊還清晰記得辦入職手續時的情景，工作人員問他所入職的部門時，都會不由地說一聲“噢，是921的”，而且會不自覺地流露出些許贊慕。
當時宋磊有點納悶，後來他才慢慢明白，921是載人航天工程代號，在22所921也是烙在團隊每名成員身上最鮮明的符號，這是一支有著輝煌成就和光榮歷史的隊伍。
就這樣，宋磊的職業生涯就從921團隊開始，從此便與載人航天結下了不解之緣。
到現在，宋磊還清晰記得第一次正式執行任務的情形。
那是2008年7月份，在神舟七號發射任務之前，根據任務總體安排，需要在海上應急濺落區部署返回艙搜尋救援力量，確保一旦啟動海上應急著陸程式，可以在第一時間發現返回艙營救航天員。為此，中電科22所研製了船載定向儀，實現對海上著陸返回艙快速跟蹤定位。
說起船載定向儀，宋磊說它可是明星裝備，之前總是聽老同志們講述它的傳奇，它開創了我國海上搜救定向裝備的先河，圓滿完成了歷次神舟飛行海上保障任務，受到多位總部首長的高度讚揚。
當年7月的上海外高橋救助局碼頭驕陽似火，宋磊和團隊在此進行船載定向儀裝置加復裝。這其中發生的一件事讓宋磊很受觸動，有一天中午太陽非常厲害，大家都在駕駛艙短暫休息，突然門外有人指著桅杆喊了一聲“看，戴總！”。
宋磊和同事不約而同地奔出艙外，看見中國電科22所載人航天工程任務第一任總師戴陸村研究員，不顧烈日親自爬到了20多米高桅杆頂端，“他當時可是已經60多歲的老人了，他說擔心下午會有雷雨，要親自確認天線狀態後才能放心。”
從第一任總師身上，宋磊真切體會到了老一代科技工作者的嚴謹、忠誠和奉獻，自己在內心也埋下了吃苦奉獻、勇攀高峰的種子。
放棄節假日通宵達旦攻堅
經過多年載人航天任務的磨練，宋磊也成長為一名真正的921人。
2015年，宋磊擔任新型船載定向儀研製的副總設計師，後來升為總設計師，主持裝置研發。經過兩年的刻苦攻關，宋磊和團隊研製出的新裝備實現小型化、環境適應性強、抗電磁干擾能力強，2017年經鑑定部分關鍵指標達到國際先進水平，當年獲航海學會科技進步一等獎。
現在回想起新型船載定向儀的研製歷程，宋磊說那就是兩個字“艱苦”，這期間他幾乎放棄了所有節假日，為解決關鍵技術問題通宵達旦都是家常便飯，對家庭、對當時剛剛出生的孩子他一直心存愧疚。
神舟十一號任務之後，國家載人航天工程進入空間站階段，宋磊在著陸場系統也摸爬滾打了10餘年，從當年的毛頭小夥子成長為系統總師，並擔任22所921團隊負責人。之後，宋磊帶領團隊抓住載人航天工程著陸場調整建設的歷史機遇，堅持創新驅動促進重大專案落地，以智慧著陸場建設為切入點，總結數十年來中國電科22所深耕著陸場建設的寶貴經驗，從實戰出發，論證了新型機載/車載/行動式定向儀，新型模擬信標機、新型航天員電臺等專案。
同時，宋磊帶領團隊一舉拿下重點專案研製任務，實現了“當年方案論證、當年批覆立項、當年首樣鑑定、當年批產列裝”的紀錄，統籌產品研製、對外協調和外場試驗三條主線。
這些年來，宋磊和團隊成員的身影出現在草原上、在大漠裡、在大洋上……不斷創新、攻堅克難，用堅韌和創新確保專案按節點順利實施。
科技助力
天地冷鏈,太空出差能吃新鮮蔬果
半島全媒體記者王麗平
三名航天員開啟為期6個月的太空“出差”生活。在浩瀚太空之上，航天員如何正常生活、駐留太空這麼久，他們一日三餐吃什麼，能保證營養均衡嗎？
物聯網全程遙控食品冷藏箱
從2011年到2021年，從神舟八號到神舟十三號，海爾生物航天冰箱“六入太空”，已成為中國載人航天專案的標配裝置，成為繼美國、俄羅斯之後第三個掌握航天冰箱核心技術的國家。
“其實，在2021年初，海爾食品冷藏箱已經跟隨天和號核心艙升入太空，為航天員提供食品保鮮服務。此次，食品冷藏箱還將繼續為航天員們提供為期6個月的空間食品冷鏈儲存保障。”海爾生物航天冰箱研發團隊相關負責人介紹。
據瞭解，天和號核心艙上搭載的這臺食品冷藏箱其大小為10升，箱內溫度保持在2℃～8℃，主要功能為航天員在軌飛行時提供食品儲存保鮮功能。
“由於太空的特殊環境，食品冷藏裝置應用於航空航天領域，不僅要克服發射升空過程中的強烈震動衝擊，同時還要克服太空微重力環境下傳熱機理及均勻溫度場的難題。”海爾生物航天冰箱研發團隊負責人陳海濤說，他們歷時六年自主研發出空間站食品冷藏箱，實現了抗震效能、製冷效率等方面的技術突破，為航天員長期在軌駐留生活提供食品低溫儲存服務。
此外，透過物聯網技術的應用，還能實現食品冷藏箱全程遙測、遙控及狀態分析，降低了航天員的在軌工作量，保障了飛行任務的順利實施。
無能源供應恆溫儲存20小時
跟隨神舟十三號飛船升空的還有海爾航天醫用冷儲箱，為空間醫學樣本提供儲存保障。
據瞭解，海爾生物的航天醫用冷儲箱專案從2006年啟動，經過5年研製，到2011年交付第1臺航天醫用冷儲箱產品並於2011年11月1日隨神舟八號飛船入軌。
“航天醫用冷儲箱對技術的要求更高，我們主要突破了3項關鍵技術。”海爾生物航天冰箱研發團隊相關負責人說，首先是輕強結構，透過製冷系統選擇、結構緊湊性設計等方面實現了箱體重量的大幅降低，大大節約飛船發射成本。此外，在滿足質量要求的前提下，保證了航天冰箱的高強度要求，即能夠承受震動12G和衝擊500G的瞬間最大加速度，這一指標超過了飛機零部件的抗震動、抗衝擊的要求。
“我們實現的第二項技術突破是高效智慧控制。我們根據製冷系統特性，採用智慧化控制，實現製冷效率較民用產品提高25%，較設計能耗限值降低25%。”該負責人介紹，同時可以實現航天冰箱在30萬米高空執行狀態實時監控，節省了航天員乘組在軌工作量，保障了空間醫學實驗順利進行。
“第三能實現恆溫蓄冷，高效恆溫蓄冷技術的突破，保證了飛船在上升階段以及返回階段，無能源供應條件下恆溫儲存20個小時，從單一的冰箱裝備，拓展為完整的天地冷鏈，保障了整個飛行任務中的安全儲存。”該負責人介紹。
三維實時視覺化,飛船“近”在眼前
半島全媒體記者王麗平劉金震
0。1毫秒內快速將資料“翻譯”成直觀畫面，實時再現空間在軌航天器的執行狀態，地面控制人員可以據此快速作出決策……10月15日，記者從青島理工大學複雜網路與視覺化研究所瞭解到，航天視覺化團隊自主研發的深空探測三維實時視覺化技術，再次披掛上陣應用到神舟十三號發射任務中。據介紹，該項技術久經檢驗已經非常成熟，可將航天器拉近到地面控制人員眼前，實時精準展示飛行器的執行軌道、姿態以及位置等資訊，成為執行任務時重要的輔助系統。
“我們團隊研製的深空探測實時三維視覺化系統，相當於為我們觀測太空中的飛船狀態提供了一個‘上帝視角’。”青島理工大學複雜網路與視覺化研究所郭陽博士介紹，“這套系統能夠實時再現和監測在軌航天器的軌道、位置、狀態及其部件操作過程”。
航天器在太空飛行過程中會將位置、姿態等資料透過地面測控站傳回地面控制中心，每秒資料傳輸量達8G左右，並且都是原始的資料，資料傳輸需要時間，地面控制人員透過資料進行航天器狀態的判斷也需要時間。同時，飛船的執行速度高達每秒鐘8千米，可謂瞬息萬變，這對控制中心的資料及狀態分析和指揮決策提出了極高的要求。
“我們團隊研製的實時三維視覺化系統實時載入測控資料，在接收到測控資料的0。1毫秒內快速將資料‘翻譯’成直觀畫面，實時再現空間在軌航天器的執行狀態，地面控制人員可以據此快速作出決策。”郭陽說，如此一來，即使飛船相隔萬里，我們看到的也彷彿就在眼前。
深空探測三維實時視覺化技術完全依靠真實資料驅動，對海量測控資料進行實時精準解析，可以實時呈現飛船的執行軌道、姿態以及位置等資訊，彷彿將遠在太空的飛行器“拉近”眼前，實現航天器在飛行過程的三維實時視覺化，為地面控制人員的精準控制和決策提供依據。
據瞭解，複雜網路與視覺化研究所成立於2008年，截至目前，航天視覺化團隊參與執行近30次航空航天工程、探月工程以及深空探測工程任務，深空探測三維實時視覺化系統的可靠性不斷得到驗證，在任務中發揮關鍵作用。
