相聚時(shí)難別亦難 且看太空“相別離”
——專家詳解“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”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(hào)”與“天宮一號(hào)”攜手遨游太空已近兩周，１４日它們將迎來(lái)第一次太空分離、第二次太空交會(huì)對(duì)接任務(wù)。記者來(lái)到兩個(gè)航天器對(duì)接機(jī)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(gè)航天器輕輕推開
據(jù)上海航天技術(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，“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”成功交會(huì)對(duì)接以后，兩個(gè)航天器組合體的連接主要依靠對(duì)接面上１２把對(duì)接鎖，每把對(duì)接鎖的拉力３噸，共３６噸，這１２把對(duì)接鎖由兩組對(duì)接鎖系電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
“當(dāng)‘神舟八號(hào)’與‘天宮一號(hào)’組合體的對(duì)接機(jī)構(gòu)控制器接到分離指令后，對(duì)接鎖系就將執(zhí)行分離指令，實(shí)施解鎖動(dòng)作，時(shí)間需要３－４分鐘；對(duì)接鎖解開后，將通過(guò)對(duì)接面上４個(gè)被壓縮的彈簧推桿的彈簧力，將兩個(gè)８噸多重的航天器輕輕推開?！碧战ㄖ姓f(shuō)，“這個(gè)彈簧力并不大，只有幾百牛頓，相當(dāng)于幾十公斤。兩個(gè)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(huì)對(duì)接任務(wù)。”
在浩瀚無(wú)垠太空，讓兩個(gè)交會(huì)對(duì)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(duì)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)分離不成功，還可以采取手動(dòng)分離或火工品分離。
自２０世紀(jì)６０年代以來(lái)，全世界共進(jìn)行了３００多次太空交會(huì)對(duì)接活動(dòng)，航天器上所使用的對(duì)接機(jī)構(gòu)主要有兩大類：一類是“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接機(jī)構(gòu)，另一類是“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。
據(jù)陶建中介紹，我國(guó)自主研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)與“國(guó)際空間站”、“和平號(hào)”空間站、航天飛機(jī)、“聯(lián)盟號(hào)”飛船等航天器所使用的對(duì)接機(jī)構(gòu)兼容，在對(duì)接原理、構(gòu)造、結(jié)構(gòu)尺寸上都保持一致。將來(lái)，如果我國(guó)要與國(guó)外進(jìn)行太空合作，對(duì)接機(jī)構(gòu)只需進(jìn)行適應(yīng)性的接口協(xié)調(diào)即可。
對(duì)接機(jī)構(gòu)在地面已進(jìn)行６４７次分離試驗(yàn)
交會(huì)對(duì)接是航天領(lǐng)域中一項(xiàng)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(gè)高度可靠并且有容錯(cuò)和診斷功能的系統(tǒng)，在地面進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)是一個(gè)有效途徑。
目前，我國(guó)太空對(duì)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(guó)內(nèi)多家單位研制開發(fā)的空間對(duì)接機(jī)構(gòu)緩沖試驗(yàn)臺(tái)、綜合試驗(yàn)臺(tái)、整機(jī)特性測(cè)試臺(tái)、熱真空試驗(yàn)臺(tái)四個(gè)大型試驗(yàn)設(shè)備，能完整地將航天器在太空對(duì)接分離的每一步模擬出來(lái)。
“‘神舟八號(hào)’和‘天宮一號(hào)’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)?！碧战ㄖ姓f(shuō)，“我國(guó)第一次太空交會(huì)對(duì)接任務(wù)完成得十分完美精確，所有步驟均按設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行，沒(méi)有一處差錯(cuò)，沒(méi)有動(dòng)用一個(gè)預(yù)案。”
１１月３日，“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”在太空相撞后相互“捕獲”的時(shí)間為１．０４５秒。為了驗(yàn)證我國(guó)太空對(duì)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(shí)的太空條件，進(jìn)行了對(duì)接機(jī)構(gòu)相互“捕獲”試驗(yàn)，結(jié)果模擬的“捕獲”時(shí)間為１．０４２秒，地面模擬和真實(shí)太空之間僅相差０．００３秒。
“‘神舟八號(hào)’和‘天宮一號(hào)’在太空交會(huì)對(duì)接的全過(guò)程為７分２９秒，我們地面模擬時(shí)間為７分２８秒，相差僅１秒，當(dāng)初我們預(yù)計(jì)要１０分鐘，是因?yàn)槎嗨懔恕畯?qiáng)制校準(zhǔn)’這一步時(shí)間。結(jié)果這兩個(gè)航天器在太空對(duì)接得十分精準(zhǔn)，根本不需要強(qiáng)制校準(zhǔn)。”陶建中說(shuō)。
對(duì)接機(jī)構(gòu)研制團(tuán)隊(duì)平均年齡３０多歲
上海航天技術(shù)研究院研究對(duì)接機(jī)構(gòu)長(zhǎng)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(duì)接機(jī)構(gòu)的研制隊(duì)伍中來(lái)。如今，上海航天技術(shù)研究院５０９所、１４９廠對(duì)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、工藝等１００多人的研制團(tuán)隊(duì)，平均年齡僅３０多歲。
上海航天技術(shù)研究院５０９所對(duì)接機(jī)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(jì)明擔(dān)任對(duì)接機(jī)構(gòu)研究室主任，他手下的一批主管設(shè)計(jì)師都是出校門不久的３０多歲年輕人。
“隨著我國(guó)航天事業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)航天人才隊(duì)伍已形成了完整的年齡梯隊(duì)，各個(gè)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(guó)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(wú)限欣慰?！保罚矚q的陶建中說(shuō)。
專家解讀二次交會(huì)對(duì)接新特點(diǎn)
新華社北京１１月１３日電（記者 趙薇、田兆運(yùn)）二次交會(huì)對(duì)接進(jìn)行在即，第二次交會(huì)對(duì)接與第一次交會(huì)對(duì)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(duì)二次交會(huì)對(duì)接新特點(diǎn)進(jìn)行解讀。
“首次交會(huì)對(duì)接進(jìn)行的非常順利，精度很高?！崩顒φf(shuō)，“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(duì)接的時(shí)候，天宮一號(hào)首先要調(diào)１８０度姿態(tài)，轉(zhuǎn)頭朝后，飛船正飛。這個(gè)狀態(tài)與第一次對(duì)接的時(shí)候是一樣的。”
據(jù)李劍介紹，二次交會(huì)對(duì)接與一次的不同主要有兩點(diǎn)，一是飛船要先進(jìn)行撤離；二是對(duì)接在光照區(qū)進(jìn)行。
撤離，是一個(gè)全新的環(huán)節(jié)?！笆状螌?duì)接成功后，兩個(gè)飛行器進(jìn)行了鎖緊?，F(xiàn)在就要打開這個(gè)鎖，通過(guò)兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)上的分離推桿，把兩個(gè)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(duì)接條件后，再對(duì)上去?！崩顒φf(shuō)。
另一與首次交會(huì)對(duì)接的不同在于，對(duì)接的光照條件不一樣。首次交會(huì)對(duì)接是在陰影區(qū)進(jìn)行，而二次則是在光照區(qū)。據(jù)李劍介紹，相對(duì)導(dǎo)航測(cè)量設(shè)備受到強(qiáng)光干擾，可能會(huì)產(chǎn)生一些狀況，對(duì)交會(huì)對(duì)接的穩(wěn)定性也是極大的挑戰(zhàn)。
專家解讀二次交會(huì)對(duì)接三大難點(diǎn)
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(shuō)，第二次對(duì)接將在陽(yáng)照區(qū)進(jìn)行，對(duì)在光照條件下的交會(huì)對(duì)接來(lái)說(shuō)，依然充滿著風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
一是第二次交會(huì)對(duì)接在陽(yáng)照區(qū)進(jìn)行，由于雜光干擾強(qiáng)烈，對(duì)測(cè)量設(shè)備敏感器的測(cè)量精度和相對(duì)導(dǎo)航的可靠性均造成較大的影響，對(duì)交會(huì)對(duì)接的可靠實(shí)施帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)。
二是由于組合體第一次實(shí)施分離控制時(shí)，有一系列的機(jī)械動(dòng)作，組合體能否按計(jì)劃精確地完成分離，是完成二次對(duì)接的關(guān)鍵所在。在這個(gè)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(shí)，在機(jī)械力的作用下，兩個(gè)航天器逐漸遠(yuǎn)離，由于作用力的不平衡性，可能會(huì)出現(xiàn)較大的姿態(tài)擾動(dòng)，對(duì)正常撤離產(chǎn)生一定的影響。如何控制好兩個(gè)目標(biāo)的相對(duì)姿態(tài)，保持好相對(duì)導(dǎo)航，也是二次對(duì)接任務(wù)的重點(diǎn)之一。
神八／天宮為何扭轉(zhuǎn)方向進(jìn)行二次對(duì)接？
新華社北京１１月１３日電（記者 田兆運(yùn)、趙薇）在二次交會(huì)對(duì)接前，神舟八號(hào)與天宮一號(hào)的組合體要重新進(jìn)行轉(zhuǎn)向１８０度，轉(zhuǎn)回天宮在前、飛船在后的運(yùn)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(jìn)行分離和二次對(duì)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(hào)與天宮一號(hào)進(jìn)行首次交會(huì)對(duì)接時(shí)，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(yùn)行。這種位置安排是考慮到天宮一號(hào)負(fù)責(zé)整個(gè)組合體的運(yùn)行，其發(fā)動(dòng)機(jī)裝在后面，因而天宮一號(hào)處于后方，對(duì)接后發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火可進(jìn)行軌道維持，這也是正常的組合體運(yùn)行狀態(tài)。
李劍解釋說(shuō)，選擇這樣的方式，主要考慮光照條件并保持與第一次對(duì)接姿態(tài)一致。
而二次交會(huì)對(duì)接前飛船的分離形態(tài)，與二次交會(huì)對(duì)接后飛船最終撤離天宮的方式也不相同。二次交會(huì)對(duì)接前，組合體進(jìn)行１８０度調(diào)頭，飛船正飛分開。而最終撤離返回的時(shí)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。
