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军报:创新空间交会对接模式体现中国智慧

2012-06-18 17:41:03 来源: 解放军报  文字大小:   [举报] 已有评论(0)

 

  作者:记者 王通化 张晓祺 任 旭 柳 刚新闻聚焦


 
 

  空间交会对接,继神舟八号之后,神舟九号又向“天宫”飞来。


 
 

  作为人类进军空间站必须迈过的关键一步,空间交会对接规模大、技术复杂、风险多。美俄(前苏联)一开始均选择多次发射目标飞行器,验证交会对接技术。


 
 

  “中国智慧”的独特之处在于,先发射目标飞行器天宫一号,然后让它先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船交会对接,3次交会对接任务仅需4次航天发射,节省成本,经济实惠。


 
 

  “专门研制目标飞行器,用于太空中的‘N+1’交会对接试验模式是我国首创。”载人航天工程总设计师周建平说。


 
 

  现在,仰望苍穹,神舟九号就要与天宫一号交会对接了。让我们一起静静期待,感受并赏析“中国智慧”的精彩细节。


 
 

  步骤一 自动交会对接 “太空四步”再次上演


 
 

  如同刘翔的夺冠绝杀“七步上栏”,神舟九号与天宫一号的交会对接,同样需要迈好“太空四步”——地面导引,自动寻的,分步靠近,对接合拢。其中前3步为交会,第4步为对接,一气呵成。


 
 

  首先测控人员要确定神舟九号与天宫一号在太空交会的最佳相位和时间。要实现精准对接,它们需要在圆形轨道上沿直线交会。测控人员先要对天宫一号进行一系列轨道控制,使其瞄准目标相位。接下来,便是神舟九号的“太空四步”了。


 
 

  第一步——地面导引:神舟九号在地面指令的引导下,经过5次变轨控制,飞抵天宫一号下方约52公里处,转入自主控制飞行状态。


 
 

  第二步——自动寻的:神舟九号经过4次自主变轨控制,抵达距天宫一号约5公里的对接入口点。


 
 

  第三步——分步靠近:为了和天宫一号对上“秋波”,确保彼此的相对测量通信正常“沟通”,中国航天人为神舟九号设置了4个停泊点,分别距离天宫一号5000米、400米、140米、30米。每当抵达停泊点的瞬间,神舟九号就和天宫一号处在同一轨道高度,相对速度为零,神舟九号要在这个时候“停一停,看一看”了。


 
 

  第四步——对接合拢:飞船与“天宫”拥抱彼此的“手臂”是“异体同构周边”式对接机构。对接机构核心部件由3把“捕获锁”和12把“结构锁”组成,神舟九号和天宫一号各有完全对称的一套。先是“捕获锁”实现最初的柔性连接,接着,12把“结构锁”将它们拉近紧贴在一起,实现刚性连接。最后,再通过密封连接设备封闭对接口缝隙,在天宫和飞船之间形成一个直径约80厘米的对接通道。


 
 

  这4个步骤几乎与“神八”一模一样,所不同的是,它们与“天宫”轮番拥抱时,一个是白天一个是黑夜——在离地面343公里的太空轨道上,飞船和“天宫”绕地球一圈只需要90分钟,每45分钟就会经历一次昼夜更替。上一次“神八”与“天宫”对接,是“黑夜”状态,这一次,是“白天”,即通常所说的阳照区。


 
 

  由于是在“白天”,光学测量引导设备就对光线的入射角提出了要求。所以说,一旦这一次“神九”与“天宫”对接成功,也便意味着,我国空间交会对接技术在阳照区也得到了验证。


 
 

  步骤二 首次入住“天宫 ”“天上家园”迎来主人


 
 

  这将是激动人心的一刻。如果交会对接成功了,直径约80公分的对接通道就建立起来,“天上家园”即将迎来主人。


 
 

  此时此刻,3位航天员与“天上家园”的距离,只剩下了3道门——返回舱门、轨道舱门、天宫一号舱门。打开这3道门之前,还有很多事情要做。


 
 

  首先要检查轨道舱的气密性,气密性好则表明轨道舱是安全的,第一道门可以打开了。紧接着要做的便是向对接通道通气冲压,让通道的气压与飞船舱内一样,否则存在压差,舱门便不好打开。即使两边气压平衡,还不能贸然打开轨道舱舱门。这时候,检查对接通道的气密性成为开启第二道门的关键一环。毕竟,对接通道一旦漏气,就会对航天员的安全造成威胁。


 
 

  轨道舱与对接通道气压一致,且气密性好,意味着第二道门也打开了。像鱼一样游过来的第一个航天员打开了天宫一号的舱门——天上家园来人了!


 
 

  这时候,神舟九号已经处于停靠状态,天宫一号的启控成为千钧一发的关键事件。天宫一号的环境控制与生命保障系统资源将控制三舱模式,实现“1托3”的环控模式。三个舱段内的空气气压、成分,温湿度,水,电源等等,全由天宫一号控制。


 
 

  当3位航天员把神舟九号搭载上来的一些物资搬到天宫一号上去后,他们的太空生活开始了。


 
 

  为了迎接后面的手控交会对接,飞船与“天宫”需要暂时分离。值得关注的是,在它们分开之前,三位航天员要执行一个标准的撤离程序——把“天宫”上该带回地面的所有物资,搬到飞船的返回舱,然后将“天宫”再次设定成无人值守状态……


 
 

  “航天员首次入住天宫一号,不仅意味着组合体技术得到一个完整验证,还意味着神舟九号首次实现了完整的天地往返的运输过程。”周建平解释说,神舟八号和天宫一号虽然完成了交会对接,但由于神舟八号没有载人,没有把人和物送到天宫一号上去,也没有把天宫一号上的物品拿回来,自然谈不上完整的天地往返运输过程。


 
 

  “能够把人和物品输送到在轨飞行器上并且安全返回地面,是交会对接的最大价值所在。”周建平说。


 
 

  步骤三 手控交会对接 驾驶飞船“太空穿针”


 
 

  140米,第三个停泊点,再次成为一个关键点位。万众瞩目的手控交会对接,将从这个点开始!


 
 

  无疑,这是让人屏息的一刻。这是我国航天员首次在太空真正意义上驾驶飞船,而且,还要准确无误地与飞船前方140米的天宫一号对接!


 
 

  140米,驾驶时速为7800米/秒的飞船与另一个时速同为7800米/秒的“天宫”交会对接,难度有多大?


 
 

  载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬形象地说:“这就好比一场太空接力赛,前面高速飞奔的选手拿着绣花针,后面高速飞奔的选手要把一根丝线从针眼里穿过去,你说难度大不大?”


 
 

  “它直接考验着一名航天员的空间感、空间定向能力、协调能力,对飞行器方位、姿态快速判断能力,以及操作精准性、情绪稳定性、紧急处理问题的能力。”黄伟芬说:“地面上1500次的训练,某种意义上就是为了短短的这一刻。”


 
 

  这一刻来了!如同司机开车,油门、刹车、方向盘全是一个人控制,驾驶飞船也是由一名航天员负责,他的“方向盘”是两个手柄,一个管平移,一个管姿态,控制着6个自由度12个方向的动态,速度不能太快也绝不能太慢;他的“前车窗”是一个人控TV,类似于一个取景框,取景框里有个十字靶标,用来实时观察判定“天宫”与飞船的相对姿态、相对位置和相对速度。


 
 

  与此同时,至少还有一名航天员也不能闲着,他将起到重要的辅助作用,不仅要观察一些仪表数据、帮助调节人控TV的宽窄视场,还要操作一些按键,输出一些指令,同时提醒监视“驾驶员”的操作……


 
 

  30米,20米,10米……人控TV里,前方的“天宫”扑面而来,越来越逼近十字靶标的中心点,最后,当“天宫”与那个中心点完全重合,对接就成功了。


 
 

  毫无疑问,这一刻紧张、刺激,进展快速而又悬念迭起,稍不留神,你也许便会在一片掌声和欢呼声中,错过那些注定要被反复回放的画面——那是中国载人航天又一个注定要写进史册的时刻。


 
 

  美术设计:仓小宝 方 汉


 
 

  观点:


 
 

  一问 为什么说掌握交会对接技术是迈向空间站的关键一步?


 
 

  李剑(北京航天飞行控制中心总设计师):两个航天器在太空按照预定的位置和时间相会,并在机械结构上连成一体,这就叫交会对接。它是迈向空间站的关键一步:首先,交会对接技术可以为长期在轨运行的空间设施提供人员的运输和物资的补给。其次,现在的航天器越来越大,它不可能靠运载火箭一次运上去,这就需要把大型的航天器分成多个舱,分批送到太空,通过交会对接组成大型多舱式的空间站。第三,可以用于在轨航天器之间的互访、物资转运以及紧急救生。事实上,拥有和掌握空间交会对接技术,不仅是建造和运行空间站的先决条件,也是面向未来实施系列深空探索航天计划的关键一环。


 
 

  二问 今年5月25日,美国私营的太空探索技术公司凭借其“龙”太空舱与国际空间站成功对接,从而创造了首艘商业飞船对接空间站的历史。请问,“龙”太空舱是如何和国际空间站对接的?


 
 

  王瑞军(载人航天工程测控通信系统设计师):这个新闻我也注意到了。这艘商业飞船是先被国际空间站伸出的58英尺长的机械臂捕获,然后对接上国际空间站的。目前欧洲和日本的太空飞行器在“国际空间站”空间交会对接技术方面,分别得到了来自美国或俄罗斯的技术支持。欧洲飞行器的对接机构由俄罗斯提供,日本飞行器的对接机构则由美国提供,其最后对接过程是由空间站的机械臂控制完成。


 
 

  三问 我们去年已成功验证了自动交会对接技术,这一次神九任务为什么还要验证手控方式?


 
 

  钱卫平(载人航天工程测控通信系统总设计师):人类300多次的交会对接,归结起来,方式只有两种:自动交会对接、手控交会对接。应该说这两种方式各有优势,它们应该是互为备份的关系。自动方式对微波雷达激光雷达、光学摄像等设备系统要求更高一些,手控方式则更能发挥人的主动性和应变能力。已有的经验表明,即使使用非常高级的自动交会对接系统,出于安全考虑,航天员必须具备手控交会对接的能力。俄罗斯尽管偏爱用自动交会对接方式,但如果自动交会失败,也会采用手控。美国是远距离自动,近距离手控。目前来看,两种方式的成功率都挺高。


 
 

  四问 迄今为止,人类进行空间交会对接已经有300多次了,有成功也有失败,请问多少次的成功试验才意味着我们完全掌握了这一技术?


 
 

  周建平(载人航天工程总设计师):通过3次飞行,多次交会对接,应该说我们已基本验证掌握交会对接技术,使得我们今后在空间站的建造和运营阶段能够可靠地实现向太空的人员运送和物资补给。一次成功绝不意味着每次都成功——航天器的差异、系统的复杂性、空间环境的差异,等等因素都使得这个过程变得动态。因此,只有多次飞行、多次交会对接才能充分验证。这也是我们在“神八”两次自动交会对接成功以后,还要在神九、神十上继续验证载人交会对接的重要原因。



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