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神八天宮對接堪比穿針引線 已在地面試驗1101次

發佈時間:2011年11月02日 22:45 | 進入復興論壇 | 來源:中國網絡電視臺綜合


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  中國網絡電視臺綜合消息:綜合法制晚報報道,今晨5時58分,“神舟八號”飛船順利升空。再過40多個小時,它將與“天宮一號”進行第一次對接。航天專家預計,對接時間約在2日深夜或者3日淩晨。

  目前,飛船進入近地點約200公里、遠地點約330公里的初始軌道,與“天宮一號”尚有1萬公里左右的距離。經過5次變軌後,飛船將從初始軌道轉移到高度約330公里的近圓軌道,在“天宮一號”後下方約52公里處開始與其建立通信,進入自主導航,準備交會對接。

  專家透露,兩天后的對接,其實全看“神八”對接口上4隻插座,與“天宮一號”對接口上4隻電連接器的對接。

  據了解,此次“敖包相會”要經過四大步驟。對接成功後,組合體在太空中還要經受原子氧等空間環境的考驗。

  揭秘數字

  對接前 地面已進行1101次試驗

  在太空將兩個航天器對接起來形成一個“組合航天器”的對接技術,是人類載人航天活動的一項關鍵技術。目前,世界載人航天領域使用的對接機構有兩大類:一類是美國航天飛機的“異體同構周邊”式對接機構,另一類是俄羅斯和歐空局ATV飛船上的“錐—桿”式對接機構。

  上海航天技術研究院研究員、交會對接大型地面試驗系統原負責人陶建仲介紹,對接機構在我國是一項全新技術,許多問題都是以前從未遇到的,其中最主要的技術難點有四個方面。

  一是如何保證兩個飛行器相撞時“不撞壞、不彈開”,軟硬適度;二是如何保證很多相互矛盾的動作(如推拉、合分等)組合在一起具有高可靠度;三是許多複雜的産品要協調安裝于周邊,中間留出人孔通道,如何實現系統集成;四是如何在地面充分試驗、模擬天上微重力情況下的對接分離過程。

  針對對接機構的技術難點,上海航天技術研究院805所的研製隊伍進行了長達16年的科技攻關,在倣真先行、高可靠的設計技術、集成技術和地面模擬等關鍵技術上,一一取得了突破,目前已成功申報20多項專利。

  對接機構在“上天”之前,已經在地面上進行1101次對接試驗、647次分離試驗。

  揭秘技術

  神八對接天宮 相當於塵埃碰撞

  中國工程院院士、中國載人航天飛船原總設計師、現任中國航天科技集團公司五院飛船總設計師技術顧問戚發軔解釋,兩個或兩個以上的航天器通過軌道參數的協調,在同一時間到達太空同一位置的過程稱為交會;對接則是在交會的基礎上,通過專門的對接機構將兩個航天器連接成一個整體。

  通俗地講,我國此次交會對接任務的實質就是:“天宮一號”以8公里/秒的速度在飛,“神舟八號”追上去,“天宮一號”對接口的4隻直徑為3.8厘米的電連接器的插頭,必須在準確的時間內完成與“神八”對接口上4隻插座的對接,無異於塵埃與塵埃的“碰撞”。

  太空“穿針引線” 是個技術活

  兩者連接在一起,不僅嚴絲合縫,還要把液、電、氣通上,收到“對得上,分得開”的效果。曾有專家説,這就好像上面放了一根針,底下用一根線,差了幾百公里,最後要拿那個線去穿過那個針眼,非常困難。

  這看似簡單的對接成功,使得“神八”與“天宮一號”合二為一,成為名副其實的空間站。小小的電連接器肩負著牽一髮而動全身,打造空間站“生命通道”的使命。因此,有人將這種電連接器比喻為“紅娘”、“臍帶”,還有人把它比喻為“橋梁”和“經絡”。

  在此之前,美、俄兩國已掌握了這項技術,並多次進行航天器空間交會對接,其對接形式也多種多樣。但美國和前蘇聯早期在實施航天器交會對接任務時,都有故障發生,造成任務失敗,甚至導致航天員傷亡。

  記者在現場

  最美煙花綻放

  記者在到酒泉衛星發射中心採訪之前,聽説發射成功之後,工作人員會在航天城裏放煙花。

  9月29日,天宮一號發射成功之際,煙花並沒有如約而至時,記者心裏充滿了疑問。

  然而,今天,在神八發射成功之後,記者們從發射場區撤回的途中,毫無徵兆地,漫天的煙花在東風禮堂的頂層綻放開來。

  記者們本來都匆匆忙忙地要趕回去發稿,美麗的煙花卻攔住了大家的腳步。

  神八發射成功,酒泉衛星發射中心承擔的最重要任務如期完成,在宣佈神八發射成功消息的那一刻,煙花應聲而響。

  揭秘步驟

  四大步驟完成“敖包相會”

  如果把首次交會對接任務比做是一場“太空大戲”,那麼“神舟八號”與“天宮一號”的對接無疑是此次演出的高潮。要想讓兩個重達8噸的“龐然大物”在距離地球350公里外的太空中實現完美對接,就不能不提到飛行過程中的精確控制。中國航天科技集團公司載人航天工程辦公室主任童旭東用形象的語言模擬出了“神舟八號”與“天宮一號”進行對接的全過程。

  在合適的窗口時期發射天宮一號目標飛行器後,“天宮一號”將在太空中等待隨後發射的“神舟八號”。在飛船發射前的21天,在太空中遨遊的“天宮一號”將進行降軌,並在對接前3天左右的時間,做好相應準備工作,靜候對接的“最佳時刻”。這時候,“天宮一號”和“神舟八號”即將在太空中完成4項“準備動作”。

  首先要進行的是“降軌調相”步驟。“天宮一號”的飛行姿態和準備對接的姿態是不一樣的,在即將對接前,“天宮一號”需要利用大氣衰減的力量來降低軌道,從飛行狀態“轉換”成對接狀態,等待飛船的到來。

  其次要進行“地面導引”控制,由地面控制系統對飛船進行姿態調整,使得飛船能夠滿足自主控制的條件。

  第三個步驟至關重要,“神舟八號”飛船進入自主控制階段,不斷接近“天宮一號”,滿足初始對接條件,飛船要選擇4個停泊點來進行交會對接準備,而其中最重要的是要在距離“天宮一號”140米處測試對接機構傳感器,從而確定飛船的對接狀態是否已經到位。

  最後一步就是對接,對接機構按照捕獲、緩衝、拉近、鎖緊四個階段,完成“神舟八號”與“天宮一號”的對接。

  值得一提的是,成功實施對接後,飛船還需要與目標飛行器分開。為了確保萬無一失,設計人員分別在“神舟八號”和“天宮一號”的對接機構上安置了火工裝置,確保如果出現故障,“神舟八號”與“天宮一號”能夠順利分離返回地面。

  組合體將經受太空環境考驗

  “神舟八號”與“天宮一號”進行對接後,將在太空中以“組合體”的方式運行。“這是中國航天從來沒有遇到過的,‘組合體飛行’不僅體積大,而且很難控制。如何使組合體以規定的姿態運行很困難,這將給姿態控制和軌道控制帶來很大難度。”童旭東告訴記者。

  除了“組合體飛行”外,首次交會對接任務將面臨“低軌道、長壽命”的考驗。“以前載人航天飛行一般都會幾天內結束飛行,返回地面。而交會對接任務將持續兩年,‘天宮一號’要在太空中飛行兩年的時間,這將給控制帶來不小的壓力。”童旭東告訴記者,由於低軌運行,將會經受原子氧、大氣阻力、地球磁場等一系列環境考驗,這將對飛行器可靠性帶來一定的難度。

  揭秘飛控

  “天宮一號”將當飛行“小組長”

  在交會對接任務中,“天宮一號”目標飛行器扮演著一個引導者和指揮管理者的角色,就像一個團隊中的“班組長”,始終掌控著工作進度和進展。

  當“神舟八號”飛船進入預定軌道,並開始搜尋和探索“天宮一號”的倩影之時,“天宮一號”就會相應地向對方提供引導信號,告訴對方“我在這裡”,並始終給追蹤飛行器提供引導信息。

  等到雙方終於“敖包相會”,實現對接後,“神舟八號”飛船就將“大權”上交,安心地停靠在“天宮一號”身邊,按照其指令和控制來飛行。這時,“天宮一號”就義不容辭地承擔起了“班組長”的職責,不僅要控制好自己,還要照顧並控制好“神舟八號”的狀態,也就是突破組合體控制技術。

  “完成組合體的控制和管理,並非易事。以前衛星也好、飛船也好,都是自己管自己,而現在‘天宮’卻不能再獨善其身。”中國航天科技集團公司五院天宮一號目標飛行器總設計師張柏楠解釋道。

  對接完成後,“天宮一號”要為“神舟八號”飛船供電,起碼滿足500瓦的供電能力,以補充飛船能源不足的問題,這同時也是對將來空間站整個能源系統統一調配、統一管理技術進行試驗驗證。

  整個組合體的姿態和軌道也都要由“天宮一號”來統一控制,控制重量翻了一番,等於從輕裝上陣到負重前行,無論是指令還是遙測,雙方都要重新適應。

     “天神”交會對接全程搶先看:捕獲 拉緊 鎖緊   (圖集)

    神八與天宮交會對接重要環節梳理:

    天宮一號發射升空——視頻回放:天宮一號發射全過程

    天宮一號入軌——視頻回放:天宮一號首次變軌成功 13圈時將再次變軌

    天宮一號在軌運行——視頻回放:天宮一號到達343公里交會對接軌道 運行穩定

    神舟八號發射——視頻:神舟八號將於11月1日淩晨5時58分發射

    神舟八號入軌——視頻:天宮一號迎神八 建立倒飛姿態完成對接準備

    地面引導——即兩個航天器都上天入軌後,通過地面測控站的引導,逐漸縮短相互之間距離。

    自動尋的——在相距100公里時,“神舟八號”開始捕捉“天宮一號”,這是一個自動追蹤、捕捉的過程,讓“神八”通過幾次變軌,縮短與天宮的距離。

    最終逼近——當二者相距在100米到1米之間時,不僅要控制好相互間的距離、速度和姿態,還必須保持在每秒1米的相對速度內,以準備對接。

    對接合攏——這時兩個龐大的飛行器,在太空相距僅幾十厘米,相對速度約每秒0.1米,橫向相對誤差不超過18厘米,才能嚴絲合縫地連為一體。

    脫離——在進行過兩次交會對接的實驗之後,神舟八號脫離天宮一號,返回艙脫離軌道艙與推進艙返回地球。 

熱詞:

  • 對接機構
  • 天宮一號
  • 交會對接
  • 大氣衰減