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空間交會難如百米穿針引線 女航天員有望赴天宮

發佈時間:2011年11月01日 03:18 | 進入復興論壇 | 來源:京華時報


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  “交會對接技術是眾多航天技術裏風險最大、難度最大的一項技術,這項技術突破,也就意味著我們可以開展更大規模的航天活動。”中國航天科技集團公司副總經理袁家軍如是説。

  昨天,中國載人航天工程辦公室發佈《天宮一號/神舟八號交會對接任務方案》。中國載人航天新聞發言人武平還介紹,明年將實施首次有人交會對接任務,包括兩名女性航天員在內的航天員乘組已完成初選。

  ■解讀

  交會對接

  空間的兩個航天器在同一時刻以同樣的速度到達同一個地點的軌道控制過程及結果稱作“軌道交會”。在空間將兩個航天器對接起來形成一個航天器的事件稱作“空間對接”。所謂“空間交會對接”是軌道交會和空間對接的總稱。

  神八兼具自動手動對接功能

  在首次交會對接任務中,天宮一號是目標飛行器,神八為追蹤飛行器,兩者將無人自動交會對接。

  為此,神八做了改進,具備自動、手動交會對接與分離功能。在對接後,神八與天宮一號組成組合體,形成0.8米的航天員轉移通道。

  執行完任務後,神八將返回地球,主著陸場位於內蒙古自治區蘇尼特右旗以西的阿木古朗草原。

  為適應空間交會對接的軌道情況,主著陸場區的範圍增加了76%,返回艙正常返回著陸情況下,搜索回收要在兩個半小時之內完成;彈道式返回到主著陸場擴大區時,必須在12個小時之內完成搜索回收任務。

  空間交會難如百米穿針引線

  兩個飛行器,在太空中以比子彈還快數倍的速度飛行,無縫對接的難度好比百米之外“穿針引線”。稍有偏差,就可能失之毫釐,差之千里。

  交會,是讓兩個航天器在預定的時間同時到達一個指定的地點聚集。對接的技術相對來説更為複雜,要準確地調整高度、位置、相對速度以及兩個航天器的姿態,靠近時相對速度極慢,速度快了就會産生碰撞。還要使兩個航天器軸線基本上在一條直線上,如果軸線相差很大,也沒法完成對接。

  兩個航天器的軸線要求基本在一條直線上,要知道兩個航天器都距離地面300多公里,以極高的速度運行,基本上是第一宇宙速度(7.9公里/秒),要實現這個控制精度非常難,這對導航定位系統和對接機械都是嚴峻的考驗。

  擬近百種預案應對碰撞風險

  兩個高速飛行的航天器在空間軌道上準確會合,精度要控制在十幾厘米之內,其難度和風險可想而知。

  對此,此次交會對接工程針對交會對接過程中可能出現的故障,制訂近百種預案,進行反復合練演練。

  如遇到預案外的故障怎麼辦?工程設計了各種安全模式,可應對不同類型的故障,如為防兩飛行器碰撞,設計了飛船撤退和撤離兩種安全模式,同時設置安全控制點,制定安全判據,有效控制風險。

  ■交會對接過程

  遠距離導引段

  神舟八號飛船入軌後開始,在地面測控通信系統的導引下,經5次變軌,從初始軌道轉移到與天宮一號目標飛行器共面的330公里的近圓軌道,在天宮一號目標飛行器後下方約52公里處,與其建立穩定的空空通信鏈路,開始自主導航。

  自主控制段

  經歷尋的、接近和平移靠攏三個階段,神舟八號飛船自主導航控制到與天宮一號目標飛行器接觸,自主控制飛行過程約需兩個半小時。

  對接段

  神舟八號飛船和天宮一號從對接機構接觸開始,在15分鐘內完成捕獲、緩衝、拉近和鎖緊四個過程,最終實現兩航天器剛性連接,形成組合體。

  組合體飛行段

  由天宮一號目標飛行器負責組合體飛行控制,神舟八號飛船處於停靠狀態。組合體飛行12天左右,將擇機進行第二次交會對接試驗。

  其主要過程為:對接機構解鎖,兩飛行器分離,神舟八號飛船撤離至距天宮一號目標飛行器140米處停泊,按程序進行第二次交會對接,再次構成組合體。

  分離撤離段

  組合體繼續飛行兩天后,進入分離撤離段,兩飛行器再次分離,飛船撤離至距目標飛行器5公里以外的安全距離,交會對接試驗結束。此後,神舟八號飛船返回艙返回地面;天宮一號目標飛行器變軌至自主飛行軌道,轉入長期運行管理。

  ■宇航員

  執行對接任務航天員已初選完

  根據計劃安排,明年將先後發射神九、神十,再進行兩次交會對接。神九是否載人,將視神八情況決策,神十將執行載人飛行。

  據介紹,在這兩次交會對接試驗中,至少有一次是載人飛行。執行明年交會對接任務的航天員乘組已完成初步選拔,其中包括兩名女航天員。目前,這批航天員正在按計劃進行訓練,重點是手動交會對接技術。

  據介紹,我國第一批航天員仍是這一階段交會對接任務的主力,已經執行過飛行任務的航天員仍有機會再次飛天。

  人工交會需上千次訓練

  航天員科研訓練中心主任陳善廣表示,手動交會對接技術是航天員訓練的重點。關於人工和自動交會對接哪種更好,國際上有過爭論,最後達成的一致意見是兩種方式共同完成交會對接最好。人工控制是自動控制的冗余措施,有人參與的交會對接會更加保險。

  他介紹説,在人工交會對接中,航天員要根據電視圖像、位置距離速度等信息來判定兩個航天器的姿態並在規定時間內完成對接任務,對航天員眼手協調性、操作精細性和心理素質要求特別高。因此,要對航天員進行反復的嚴格的訓練,一般要經過數百次到上千次的訓練才能滿足要求。

  此外,飛行天數的增加和活動空間的增大更容易導致空間運動病的發生,交會對接涉及飛行器環節多、狀態複雜,要求航天員具有很強的臨機處置能力,能夠針對對接、撤退和其他可能出現的緊急情況進行及時處置。

  陳善廣透露説,中歐聯合進行的研究表明,中醫藥在增強航天員心血管功能等方面效果很好。正在俄羅斯開展的“火星500”項目中,中國科學家也進行了“望聞問切”實驗。在未來長期飛行中,這套方法有可能與西醫的生化指標共同用於航天員健康狀況的判別。

  1969年1月16日,載人飛船“聯盟”4號與“聯盟”5號對接成功,第一次實現兩艘載人飛船在太空對接。“聯盟” 5號航天員轉移到“聯盟”4號上。

  本版采寫本報記者商西綜合新華社製圖/吳尚楠

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