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科普 | 神舟飞船上的“黑匣子”知多少

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  黑匣子(black box)

  

  飞机上的黑匣子

  “黑匣子”是电子飞行记录仪的俗称,用于记录飞行高度、航速、航向等飞行参数和驾驶员语音等重要数据。飞机上一般有两个“黑匣子”——飞行数据记录器和驾驶员座舱录音器。“黑匣子”只是人们的习惯性叫法,跟颜色并没有关系。因为它能帮助破解飞行事故的秘密,所以被称为“黑匣子”。你知道吗?我国的神舟飞船上也安装了“黑匣子”。

  0 1

  飞船“黑匣子”的作用

  应急数据记录器是神舟飞船在整个任务过程中记录重要数据的主要设备,扮演着“黑匣子”的角色。

  通常,飞船从发射升空入轨到返回再入大气层再到着陆的飞行全过程,可分为发射前倒计时准备阶段、发射段、轨道运行段、返回段和着陆段这几个工作阶段,每个阶段工作的重要数据,都要及时存进“黑匣子”,作为飞行任务结束后技术人员分析和判断飞船在各个阶段工作是否正常的重要依据之一。

  

  神舟飞船的“黑匣子”

  这些重要数据就是飞船发动机和主要仪器设备的工作状态、飞行姿态、飞船上的电源供电情况等。除了记录飞船飞行全过程的数据,“黑匣子”还能覆盖所有阶段特别是测控盲区的数据,是补充正常测控数据的一个有效手段。

  0 2

  飞船“黑匣子”的数据存储原理

  如何记录这些重要数据呢?

  “黑匣子”本身只是一个数据记录器,它并不会采集和处理数据。“黑匣子”的数据来源于飞船的数据管理分系统,它的主要任务之一是收集飞船上的各种数据,将数据进行分类、数值变换、数据压缩。

  数据处理完成之后,形成3类数据:第1类数据发送给仪表与照明分系统,为航天员提供参数显示,以便航天员了解飞船的工作情况;第2类数据发送给飞船上的高速数传发射机,将飞船的各种数据发送到地面站,以便飞控中心可以随时了解飞船的工作状态;第3类数据就是发送给“黑匣子”的。

  在飞船工作期间,只能往“黑匣子”里存数据,数据一旦存入将不能读取,更不能修改。只有飞船返回地面,将“黑匣子”取出后,用专用仪器才能将“黑匣子”中的数据逐一读取出来,供有关技术人员分析使用。

  03

  飞船“黑匣子”的性能

  既然数据如此重要,万一飞船在执行任务中出现意外情况,“黑匣子”内的数据会不会丢失呢?

  这一点大可放心,即使飞船发生意外,“黑匣子”也能完备地保存所记录数据,不会由于断电、高温、高压或剧烈的力学环境影响而丢失数据,且所记录数据与飞船飞行状态和安全状态密切相关,以便科研人员根据这些数据判断飞行状态及故障原因。它具有以下性能:

  01

  抗高温

  “黑匣子”能在外壳表面积至少有50%被1200℃高温火焰包围的情况下,经受30分钟的炙烤,普通的火情并不会将其损毁。

  

  再入大气层的飞船返回舱示意图

  02

  抗海水浸泡

  “黑匣子”可以抵御长达72小时的海水浸泡。所以即使返回舱溅落海面也不要紧。

  03

  抗穿透

  “黑匣子”可抵御住一根质量为230千克的标准钢钎从3米高处垂直自由下落,砸在外壳的最关键面,触点面积小于0.32平方厘米所产生的撞击力。其抗穿透力绝对不输武侠小说里面的“刀枪不入”。

  04

  抗静态挤压

  “黑匣子”在三个主轴方向均可承受2到3吨连续作用5分钟的静态挤压力。

  05

  抗冲击

  “黑匣子”在三个主轴方向均能经受住加速度值为1万倍重力加速度的冲击。

  为了顺利回收“黑匣子”,不管是飞机还是飞船都会选择相对安全的位置进行放置。飞机的“黑匣子”一般会安放在机体不易摔毁的部位,如飞机的垂直尾翼上。而飞船的“黑匣子”一般会放在飞船返回舱航天员的座椅下面,并与航天员一同返回地面。

  来源:

  中国航天科普网、知乎《中国飞船会和飞机一样有“黑匣子”吗?》

  来源:中国载人航天

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