相聚時難別亦難 且看太空“相別離”
——專家詳解“神舟八號”與“天宮一號”分離細(xì)節(jié)
新華社上海１１月１３日電（記者張建松）“神舟八號”與“天宮一號”攜手遨游太空已近兩周，１４日它們將迎來第一次太空分離、第二次太空交會對接任務(wù)。記者來到兩個航天器對接機構(gòu)的研制單位——上海航天技術(shù)研究院，詳細(xì)了解它們將如何在太空“相別離”。
利用彈簧力將兩個航天器輕輕推開
據(jù)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(fù)責(zé)人陶建中介紹，“神舟八號”與“天宮一號”成功交會對接以后，兩個航天器組合體的連接主要依靠對接面上１２把對接鎖，每把對接鎖的拉力３噸，共３６噸，這１２把對接鎖由兩組對接鎖系電機驅(qū)動。
“當(dāng)‘神舟八號’與‘天宮一號’組合體的對接機構(gòu)控制器接到分離指令后，對接鎖系就將執(zhí)行分離指令，實施解鎖動作，時間需要３－４分鐘；對接鎖解開后，將通過對接面上４個被壓縮的彈簧推桿的彈簧力，將兩個８噸多重的航天器輕輕推開?！碧战ㄖ姓f，“這個彈簧力并不大，只有幾百牛頓，相當(dāng)于幾十公斤。兩個航天器被推開后，將保持一定姿態(tài)，緩緩分離，直至準(zhǔn)備執(zhí)行第二次交會對接任務(wù)?！?/p>
在浩瀚無垠太空，讓兩個交會對接的航天器組合體成功分離，是保證宇航員安全返回地球的前提。上海航天技術(shù)研究院在對接結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采取了多種“冗余”措施以確保航天器組合體分離，如果自動分離不成功，還可以采取手動分離或火工品分離。
自２０世紀(jì)６０年代以來，全世界共進行了３００多次太空交會對接活動，航天器上所使用的對接機構(gòu)主要有兩大類：一類是“異體同構(gòu)周邊”式對接機構(gòu)，另一類是“錐－桿”式對接機構(gòu)。瞄準(zhǔn)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。
據(jù)陶建中介紹，我國自主研制的對接機構(gòu)與“國際空間站”、“和平號”空間站、航天飛機、“聯(lián)盟號”飛船等航天器所使用的對接機構(gòu)兼容，在對接原理、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)尺寸上都保持一致。將來，如果我國要與國外進行太空合作，對接機構(gòu)只需進行適應(yīng)性的接口協(xié)調(diào)即可。
對接機構(gòu)在地面已進行６４７次分離試驗
交會對接是航天領(lǐng)域中一項技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大、變量參數(shù)多的控制技術(shù)，為了得到一個高度可靠并且有容錯和診斷功能的系統(tǒng)，在地面進行仿真模擬試驗是一個有效途徑。
目前，我國太空對接的地面模擬技術(shù)已躋身世界一流。由上海航天技術(shù)研究院牽頭，匯集國內(nèi)多家單位研制開發(fā)的空間對接機構(gòu)緩沖試驗臺、綜合試驗臺、整機特性測試臺、熱真空試驗臺四個大型試驗設(shè)備，能完整地將航天器在太空對接分離的每一步模擬出來。
“‘神舟八號’和‘天宮一號’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。”陶建中說，“我國第一次太空交會對接任務(wù)完成得十分完美精確，所有步驟均按設(shè)計狀態(tài)進行，沒有一處差錯，沒有動用一個預(yù)案?！?/p>
１１月３日，“神舟八號”和“天宮一號”在太空相撞后相互“捕獲”的時間為１．０４５秒。為了驗證我國太空對接的地面模擬技術(shù)，上海航天技術(shù)研究院５０９所模擬了當(dāng)時的太空條件，進行了對接機構(gòu)相互“捕獲”試驗，結(jié)果模擬的“捕獲”時間為１．０４２秒，地面模擬和真實太空之間僅相差０．００３秒。
“‘神舟八號’和‘天宮一號’在太空交會對接的全過程為７分２９秒，我們地面模擬時間為７分２８秒，相差僅１秒，當(dāng)初我們預(yù)計要１０分鐘，是因為多算了‘強制校準(zhǔn)’這一步時間。結(jié)果這兩個航天器在太空對接得十分精準(zhǔn)，根本不需要強制校準(zhǔn)。”陶建中說。
對接機構(gòu)研制團隊平均年齡３０多歲
上海航天技術(shù)研究院研究對接機構(gòu)長達(dá)１６年，早期的預(yù)研小組只有６人，隨著事業(yè)的召喚，一批又一批年輕人陸續(xù)加入到對接機構(gòu)的研制隊伍中來。如今，上海航天技術(shù)研究院５０９所、１４９廠對接機構(gòu)的設(shè)計、試驗、生產(chǎn)、工藝等１００多人的研制團隊，平均年齡僅３０多歲。
上海航天技術(shù)研究院５０９所對接機構(gòu)研究室共有５６人，平均年齡３３歲，３０歲以下的年輕人占了“半壁江山”，３８歲的邵濟明擔(dān)任對接機構(gòu)研究室主任，他手下的一批主管設(shè)計師都是出校門不久的３０多歲年輕人。
“隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，我國航天人才隊伍已形成了完整的年齡梯隊，各個層次的骨干都有人才保障。每天，看著這些朝氣蓬勃的年輕人在為我國航天事業(yè)拼搏奮斗，兢兢業(yè)業(yè)地工作，我的心里充滿了無限欣慰?！保罚矚q的陶建中說。
專家解讀二次交會對接新特點
新華社北京１１月１３日電（記者 趙薇、田兆運）二次交會對接進行在即，第二次交會對接與第一次交會對接有何不同？難度何在？北京飛控中心副總師李劍接受新華社記者專訪，對二次交會對接新特點進行解讀。
“首次交會對接進行的非常順利，精度很高。”李劍說，“現(xiàn)在組合體的飛行狀態(tài)是天宮在后，飛船在前，飛船處于倒飛狀態(tài)。在二次對接的時候，天宮一號首先要調(diào)１８０度姿態(tài)，轉(zhuǎn)頭朝后，飛船正飛。這個狀態(tài)與第一次對接的時候是一樣的?！?/p>
據(jù)李劍介紹，二次交會對接與一次的不同主要有兩點，一是飛船要先進行撤離；二是對接在光照區(qū)進行。
撤離，是一個全新的環(huán)節(jié)?！笆状螌映晒螅瑑蓚€飛行器進行了鎖緊?，F(xiàn)在就要打開這個鎖，通過兩個對接機構(gòu)上的分離推桿，把兩個飛行器推開。二者以一定的速度分開，分開之后，在觀察具備二次對接條件后，再對上去?！崩顒φf。
另一與首次交會對接的不同在于，對接的光照條件不一樣。首次交會對接是在陰影區(qū)進行，而二次則是在光照區(qū)。據(jù)李劍介紹，相對導(dǎo)航測量設(shè)備受到強光干擾，可能會產(chǎn)生一些狀況，對交會對接的穩(wěn)定性也是極大的挑戰(zhàn)。
專家解讀二次交會對接三大難點
新華社北京１１月１３日電（趙薇、謝波）北京航天飛行控制中心副主任麻永平介紹說，第二次對接將在陽照區(qū)進行，對在光照條件下的交會對接來說，依然充滿著風(fēng)險和挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在三個方面：
一是第二次交會對接在陽照區(qū)進行，由于雜光干擾強烈，對測量設(shè)備敏感器的測量精度和相對導(dǎo)航的可靠性均造成較大的影響，對交會對接的可靠實施帶來了一定的風(fēng)險。
二是由于組合體第一次實施分離控制時，有一系列的機械動作，組合體能否按計劃精確地完成分離，是完成二次對接的關(guān)鍵所在。在這個環(huán)節(jié)，我們制定了一系列的應(yīng)急預(yù)案和措施，保證在異常情況下也能有效分離。
三是組合體分離時，在機械力的作用下，兩個航天器逐漸遠(yuǎn)離，由于作用力的不平衡性，可能會出現(xiàn)較大的姿態(tài)擾動，對正常撤離產(chǎn)生一定的影響。如何控制好兩個目標(biāo)的相對姿態(tài)，保持好相對導(dǎo)航，也是二次對接任務(wù)的重點之一。
神八／天宮為何扭轉(zhuǎn)方向進行二次對接？
新華社北京１１月１３日電（記者 田兆運、趙薇）在二次交會對接前，神舟八號與天宮一號的組合體要重新進行轉(zhuǎn)向１８０度，轉(zhuǎn)回天宮在前、飛船在后的運行狀態(tài)。那么，為何不直接以原有姿態(tài)，即飛船在前、天宮在后的姿態(tài)進行分離和二次對接呢？
據(jù)北京航天飛行控制中心副總工程師李劍介紹，神舟八號與天宮一號進行首次交會對接時，二者轉(zhuǎn)入組合體狀態(tài)后，組合體調(diào)頭，天宮在后、飛船在前繼續(xù)在軌運行。這種位置安排是考慮到天宮一號負(fù)責(zé)整個組合體的運行，其發(fā)動機裝在后面，因而天宮一號處于后方，對接后發(fā)動機點火可進行軌道維持，這也是正常的組合體運行狀態(tài)。
李劍解釋說，選擇這樣的方式，主要考慮光照條件并保持與第一次對接姿態(tài)一致。
而二次交會對接前飛船的分離形態(tài)，與二次交會對接后飛船最終撤離天宮的方式也不相同。二次交會對接前，組合體進行１８０度調(diào)頭，飛船正飛分開。而最終撤離返回的時候，組合體不再調(diào)頭，飛船采取倒飛撤離，即直接從前面撤離。
