“太空之吻”有多難？－－專(zhuān)家詳解“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”對(duì)接技術(shù)
新華社上海１１月１日電(新華社記者張建松)１１８?jìng)€(gè)傳感器、５個(gè)控制器、上千個(gè)齒輪軸承、１８?jìng)€(gè)電機(jī)和電磁拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件和緊固件……呈現(xiàn)在記者眼前的兩臺(tái)銀灰色圓柱狀的精密復(fù)雜儀器，就是與“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”對(duì)接機(jī)構(gòu)一模一樣的試驗(yàn)鑒定件。
在“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”即將執(zhí)行我國(guó)首次空間交會(huì)對(duì)接任務(wù)之際，新華社記者來(lái)到對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制單位－－上海航天技術(shù)研究院８０５所，探訪(fǎng)這兩個(gè)航天器如何進(jìn)行“太空之吻”？
對(duì)接結(jié)構(gòu)在地面已進(jìn)行１１０１次試驗(yàn)
在太空將兩個(gè)航天器對(duì)接起來(lái)形成一個(gè)“組合航天器”的對(duì)接技術(shù)，是人類(lèi)載人航天活動(dòng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，世界載人航天領(lǐng)域使用的對(duì)接機(jī)構(gòu)有兩大類(lèi)：一類(lèi)是美國(guó)航天飛機(jī)的“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)，另一類(lèi)是俄羅斯和歐空局ＡＴＶ飛船上的“錐－桿”式對(duì)接機(jī)構(gòu)。
“瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，我國(guó)對(duì)接機(jī)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(duì)接機(jī)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(gè)通道運(yùn)送?！鄙虾：教旒夹g(shù)研究院研究員、交會(huì)對(duì)接大型地面試驗(yàn)系統(tǒng)原負(fù)責(zé)人陶建中介紹說(shuō)。
陶建中說(shuō)，對(duì)接機(jī)構(gòu)在我國(guó)是一項(xiàng)全新技術(shù)，許多問(wèn)題都是以前從未遇到的，其中最主要的技術(shù)難點(diǎn)有四個(gè)方面：一是如何保證兩個(gè)飛行器相撞時(shí)“不撞壞、不彈開(kāi)”，軟硬適度；二是如何保證很多相互矛盾的動(dòng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成；四是如何在地面充分試驗(yàn)、模擬天上微重力情況下的對(duì)接分離過(guò)程。
針對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn)，上海航天技術(shù)研究院８０５所的研制隊(duì)伍進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)１６年的科技攻關(guān)，在仿真先行、高可靠的設(shè)計(jì)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(bào)２０多項(xiàng)專(zhuān)利。對(duì)接機(jī)構(gòu)在“上天”之前，已經(jīng)在地面上進(jìn)行１１０１次對(duì)接試驗(yàn)、６４７次分離試驗(yàn)。
對(duì)接分為８?jìng)€(gè)步驟約需十分鐘時(shí)間
兩個(gè)航天器在太空的交會(huì)和對(duì)接是兩個(gè)不同過(guò)程。
陶建中介紹，當(dāng)“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”在同一時(shí)刻以同樣的速度到達(dá)同一個(gè)地點(diǎn)順利交會(huì)，兩個(gè)飛行器的速度、位置、姿態(tài)、偏差等１１個(gè)參數(shù)滿(mǎn)足對(duì)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(jìn)行碰撞，整個(gè)對(duì)接過(guò)程一共大約需要十分鐘時(shí)間。
對(duì)接過(guò)程分為８?jìng)€(gè)步驟：
第一步是“相撞”。在慣性作用下，８噸重的“神舟八號(hào)”與８．６噸重的“天宮一號(hào)”以每秒０．２米左右的速度進(jìn)行相撞，當(dāng)“神舟八號(hào)”上的主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)碰撞上“天宮一號(hào)”上的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)，對(duì)接過(guò)程正式開(kāi)始。
第二步是“捕獲”。當(dāng)“神舟八號(hào)”主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)上的對(duì)接環(huán)，接到失衡傳感器發(fā)出對(duì)接指令信號(hào)后，６根滾珠絲桿就會(huì)向外推出２００多毫米，對(duì)接環(huán)上安裝的３對(duì)捕獲鎖，撞到“天宮一號(hào)”被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的卡板器，就會(huì)被牢牢卡住。
第三步是“緩沖”?！吧裰郯颂?hào)”對(duì)接環(huán)受到撞擊后，將會(huì)通過(guò)一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，聯(lián)向?qū)訖C(jī)構(gòu)上的摩擦自動(dòng)器和電磁阻尼器，分別吸收縱向和橫向的撞擊能量，進(jìn)行緩沖。碰撞、捕獲、緩沖三個(gè)步驟共需要大約６０秒時(shí)間。
第四步是“校正”。當(dāng)“神舟八號(hào)”成功捕獲“天宮一號(hào)”并實(shí)施緩沖后，“神舟八號(hào)”對(duì)接環(huán)的６根滾珠絲桿繼續(xù)往外推至３００毫米，同時(shí)對(duì)兩個(gè)航天器的姿態(tài)、位置和偏差等進(jìn)行強(qiáng)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間約需８０秒。
第五步是“拉近”。校準(zhǔn)后，“神舟八號(hào)”對(duì)接環(huán)的６根滾珠絲桿緩緩收縮，將兩個(gè)飛行器“拉近”，這一過(guò)程約需２４０秒。
第六步是“拉緊”?！吧裰郯颂?hào)”和“天宮一號(hào)”的對(duì)接面上，分別安裝了６組共１２把對(duì)接鎖，每把對(duì)接鎖的拉力達(dá)３噸。當(dāng)兩個(gè)飛行器被拉近后，兩個(gè)對(duì)接面的１２把對(duì)接鎖一一相扣。
第七步是“密封”。兩個(gè)飛行器拉緊后，對(duì)接機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)將帶動(dòng)鋼絲繩系統(tǒng)，將兩個(gè)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(guò)對(duì)接鎖使兩個(gè)連接器貼合，實(shí)現(xiàn)“剛性連接”，將兩個(gè)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(hào)”控制
據(jù)陶建中介紹，“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”實(shí)現(xiàn)剛性連接后，將通過(guò)制動(dòng)控制系統(tǒng)，接通兩個(gè)航天器的電氣液路通道，進(jìn)行信息和能源并網(wǎng)?！吧裰郯颂?hào)”上的航天員和貨物通過(guò)直徑８００毫米的人孔通道進(jìn)入“天宮一號(hào)”。連接后的“組合航天器”由天宮一號(hào)控制，“神舟八號(hào)”處于?？繝顟B(tài)，但如果出現(xiàn)故障，“神舟八號(hào)”則可以立即進(jìn)行“替補(bǔ)”。
在聯(lián)合飛行任務(wù)結(jié)束后，或在緊急狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)飛行器的安全分離也至關(guān)重要。根據(jù)程序設(shè)計(jì)，“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”的對(duì)接鎖可自動(dòng)分離，一旦出現(xiàn)故障，宇航員可手動(dòng)分離，將兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)掰開(kāi)；此外，還可以采用火工品將對(duì)接機(jī)構(gòu)炸開(kāi)，實(shí)行強(qiáng)行分離。
