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总设计师详解:交会对接如何逾越五道关

2011年11月02日18:44新华网我要评论(0)
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新华网北京11月2日电 (记者孙彦新、徐壮志、赵薇、李清华)中国首次太空交会对接将于2日深夜至3日凌晨进行。“交会对接,是我国航天史上迄今为止难度最大的一次飞行任务。”作为载人航天工程空间实验室系统和飞船系统两个系统的总设计师,张柏楠因博学和技术扎实被业内人士称为“难不倒”。然而这一次,“难”成了他接受采访口中出现频率最高的词汇。

如何交会,如何对接,难在哪里?张柏楠将实现交会对接的过程总结归纳为“过5关”,并向新华社记者独家披露了如何逾越这五道关。

瞄准:点火误差不能超过正负1秒

以往飞船发射,可以在几十分钟甚至更宽的时间范围内择机点火,而神舟八号飞船发射点火的时间被限定在正负1秒的范围内。

这,就是瞄准的需要。

要想瞄准天宫一号,就得将交会对接的那一刻倒推回来,推算出神八起飞时间。11月1日零时,北京飞控中心和飞船试验队根据天宫一号最新位置数据,计算出神舟八号发射窗口和发射诸元。

发射进入倒计时15分钟时,综合考量发射场风速、火箭起飞重量等数据的最终点火时间才被确定为5时58分07秒。而根据天文台授时的自动点火系统,准时点火。

点火瞄准时多差1秒,飞船到了太空和天宫的轨道面都会产生极大的偏差,轻则消耗大量燃料降低航天器寿命,重则会因燃料不足而无法交会。前苏联1968年的一次交会对接,两飞行器相距仅30厘米时却因燃料耗尽而失败。

除了点火时间的精确,火箭飞行精度也要提高。这次使用的长征二号F遥八火箭,飞行时通过实时迭代计算不断修正轨道,创造了我国火箭入轨精度的最新纪录。

严苛的发射窗口和史上飞得最准的火箭,让神舟八号打出了“十环”的好成绩。“瞄准关”一举突破。

追赶:两天内追上10000公里

按生活常识去思考,无论距离多远,加大速度去追就是,又有何难?

然而,在太空中,飞船追赶天宫的最优方案不是加速,却是不断减速。

在轨道周期不变的情况下,轨道越低的飞行器飞得越快。正是基于这样的物理原理,飞船追赶天宫的过程,是一个边抬高轨道边降速的过程。

飞船入轨时,与天宫一号还有约1万公里的距离,而且两者轨道不在同一平面。没有严密的计算和超一流的飞控能力,想在短短不到两天的时间内追上,实非易事。

为此,北京飞控中心早在2007年7月开始研发中国新一代飞控软件,经数年攻关于2009年初启用。这套拥有1100多万行代码的庞大软件系统,能够对高度关联的多目标同时测控,确保飞船和天宫一号协调配合进行每个动作。

与此同时,原本测控覆盖率仅有17%的航天测控网,也因中继卫星和测控站点的增加,将覆盖率提升到70%。

从神舟七号任务到神舟八号任务仅仅3年时间,这样大的技术跨度,在其他国家十分罕见。

通过高水平的轨道设计和严密计算,5次轨道控制后,飞船速度降至与天宫一致时,飞船也恰好到达天宫一号的同一高度和同一位置:10000公里的距离只剩咫尺。

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