“太空之吻”有多難？－－專家詳解“神舟八號”與“天宮一號”對接技術(shù)
新華社上海１１月１日電(新華社記者張建松)１１８個傳感器、５個控制器、上千個齒輪軸承、１８個電機和電磁拖動機構(gòu)、數(shù)以萬計的零件和緊固件……呈現(xiàn)在記者眼前的兩臺銀灰色圓柱狀的精密復(fù)雜儀器，就是與“神舟八號”與“天宮一號”對接機構(gòu)一模一樣的試驗鑒定件。
在“神舟八號”與“天宮一號”即將執(zhí)行我國首次空間交會對接任務(wù)之際，新華社記者來到對接機構(gòu)的研制單位－－上海航天技術(shù)研究院８０５所，探訪這兩個航天器如何進行“太空之吻”？
對接結(jié)構(gòu)在地面已進行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(shù)，是人類載人航天活動的一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，世界載人航天領(lǐng)域使用的對接機構(gòu)有兩大類：一類是美國航天飛機的“異體同構(gòu)周邊”式對接機構(gòu)，另一類是俄羅斯和歐空局ＡＴＶ飛船上的“錐－桿”式對接機構(gòu)。
“瞄準世界先進水平，我國對接機構(gòu)采用了導(dǎo)向板內(nèi)翻式的異體同構(gòu)周邊式構(gòu)型，對接機構(gòu)所有的儀器設(shè)備都安裝在周邊，中間留了直徑８００毫米的人孔通道，宇航員和貨物就是從這個通道運送。”上海航天技術(shù)研究院研究員、交會對接大型地面試驗系統(tǒng)原負責人陶建中介紹說。
陶建中說，對接機構(gòu)在我國是一項全新技術(shù)，許多問題都是以前從未遇到的，其中最主要的技術(shù)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；三是許多復(fù)雜的產(chǎn)品要協(xié)調(diào)安裝于周邊，中間留出人孔通道，如何實現(xiàn)系統(tǒng)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(gòu)的技術(shù)難點，上海航天技術(shù)研究院８０５所的研制隊伍進行了長達１６年的科技攻關(guān)，在仿真先行、高可靠的設(shè)計技術(shù)、集成技術(shù)和地面模擬等關(guān)鍵技術(shù)上，一一取得了突破，目前已成功申報２０多項專利。對接機構(gòu)在“上天”之前，已經(jīng)在地面上進行１１０１次對接試驗、６４７次分離試驗。
對接分為８個步驟約需十分鐘時間
兩個航天器在太空的交會和對接是兩個不同過程。
陶建中介紹，當“神舟八號”和“天宮一號”在同一時刻以同樣的速度到達同一個地點順利交會，兩個飛行器的速度、位置、姿態(tài)、偏差等１１個參數(shù)滿足對接的初始條件后，飛行器就將停止控制，讓它們根據(jù)慣性進行碰撞，整個對接過程一共大約需要十分鐘時間。
對接過程分為８個步驟：
第一步是“相撞”。在慣性作用下，８噸重的“神舟八號”與８．６噸重的“天宮一號”以每秒０．２米左右的速度進行相撞，當“神舟八號”上的主動對接機構(gòu)碰撞上“天宮一號”上的被動對接機構(gòu)，對接過程正式開始。
第二步是“捕獲”。當“神舟八號”主動對接機構(gòu)上的對接環(huán)，接到失衡傳感器發(fā)出對接指令信號后，６根滾珠絲桿就會向外推出２００多毫米，對接環(huán)上安裝的３對捕獲鎖，撞到“天宮一號”被動對接機構(gòu)相對應(yīng)的卡板器，就會被牢牢卡住。
第三步是“緩沖”?！吧裰郯颂枴睂迎h(huán)受到撞擊后，將會通過一套傳動機構(gòu)，聯(lián)向?qū)訖C構(gòu)上的摩擦自動器和電磁阻尼器，分別吸收縱向和橫向的撞擊能量，進行緩沖。碰撞、捕獲、緩沖三個步驟共需要大約６０秒時間。
第四步是“校正”。當“神舟八號”成功捕獲“天宮一號”并實施緩沖后，“神舟八號”對接環(huán)的６根滾珠絲桿繼續(xù)往外推至３００毫米，同時對兩個航天器的姿態(tài)、位置和偏差等進行強行校準，校準時間約需８０秒。
第五步是“拉近”。校準后，“神舟八號”對接環(huán)的６根滾珠絲桿緩緩收縮，將兩個飛行器“拉近”，這一過程約需２４０秒。
第六步是“拉緊”?！吧裰郯颂枴焙汀疤鞂m一號”的對接面上，分別安裝了６組共１２把對接鎖，每把對接鎖的拉力達３噸。當兩個飛行器被拉近后，兩個對接面的１２把對接鎖一一相扣。
第七步是“密封”。兩個飛行器拉緊后，對接機構(gòu)上的驅(qū)動電機將帶動鋼絲繩系統(tǒng)，將兩個連接器面上的密封圈壓縮，保持密封。
第八步是“剛性連接”。通過對接鎖使兩個連接器貼合，實現(xiàn)“剛性連接”，將兩個航天器組合成一體。拉緊、密封和剛性連接共需２２０秒。
連接后的“組合航天器”由“天宮一號”控制
據(jù)陶建中介紹，“神舟八號”和“天宮一號”實現(xiàn)剛性連接后，將通過制動控制系統(tǒng)，接通兩個航天器的電氣液路通道，進行信息和能源并網(wǎng)。“神舟八號”上的航天員和貨物通過直徑８００毫米的人孔通道進入“天宮一號”。連接后的“組合航天器”由天宮一號控制，“神舟八號”處于?？繝顟B(tài)，但如果出現(xiàn)故障，“神舟八號”則可以立即進行“替補”。
在聯(lián)合飛行任務(wù)結(jié)束后，或在緊急狀態(tài)下，實現(xiàn)兩個飛行器的安全分離也至關(guān)重要。根據(jù)程序設(shè)計，“神舟八號”和“天宮一號”的對接鎖可自動分離，一旦出現(xiàn)故障，宇航員可手動分離，將兩個對接機構(gòu)掰開；此外，還可以采用火工品將對接機構(gòu)炸開，實行強行分離。
