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神八天宫组合体将扭转方向二次对接 面临三难点

2011年11月14日08:28南方日报王小飞我要评论(0)
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天宫神八第二次太空分离示意图。

天宫神八第二次太空分离示意图。

“神舟八号”与“天宫一号”携手遨游太空已近两周,14日它们将迎来第一次太空分离、第二次太空交会对接任务。在浩瀚无垠太空,让两个交会对接的航天器组合体成功分离,是保证宇航员安全返回地球的前提。上海航天技术研究院在对接结构设计中,采取了多种“冗余”措施以确保航天器组合体分离,如果自动分离不成功,还可以采取手动分离或火工品分离。

南方日报讯 (记者/王小飞 特约通讯员/李甲林 谢波)昨日22时37分,在北京航天飞行控制中心的精确控制下,天宫一号/神舟八号组合体在距地面高度约343公里的近圆轨道上偏航180度,建立倒飞姿态,为实施二次交会对接做好了准备。

据北京航天飞行控制中心副主任麻永平介绍,天宫一号/神舟八号组合体自11月4日在轨运行以来,在地面指令引导下,先后完成了1次轨道维持,进行了相关试验。截至昨日22时,组合体已在轨运行10天20小时。根据下传遥测数据监视判断,组合体飞行正常、姿态稳定、能量平衡,具备执行第二次交会对接的条件。

由于目前天宫/神八组合体运行以天宫一号控制为主,神舟八号处于停靠状态,因此,组合体的姿态调整由天宫一号来控制进行。这次在太空转身,天宫/神八组合体没有启动轨控发动机,而是依靠陀螺动量轮的控制完成的,其目的是尽可能减少对轨道的扰动。

从两目标分离到二次对接锁紧完成,全程约半小时。第二次交会对接的目的是进一步考核对接机构的重复使用性能,以及交会测量设备在不同空间环境下的性能。

分离将利用弹簧力把两个航天器轻轻推开

已在地面进行647次分离试验

据上海航天技术研究院研究员、交会对接大型地面试验系统原负责人陶建中介绍,“神舟八号”与“天宫一号”成功交会对接以后,两个航天器组合体的连接主要依靠对接面上12把对接锁,每把对接锁的拉力3吨,共36吨,这12把对接锁由两组对接锁系电机驱动。

“当‘神舟八号’与‘天宫一号’组合体的对接机构控制器接到分离指令后,对接锁系就将执行分离指令,实施解锁动作,时间需要3-4分钟;对接锁解开后,将通过对接面上4个被压缩的弹簧推杆的弹簧力,将两个8吨多重的航天器轻轻推开。”陶建中说,“这个弹簧力并不大,只有几百牛顿,相当于几十公斤。两个航天器被推开后,将保持一定姿态,缓缓分离,直至准备执行第二次交会对接任务。”

在浩瀚无垠太空,让两个交会对接的航天器组合体成功分离,是保证宇航员安全返回地球的前提。上海航天技术研究院在对接结构设计中,采取了多种“冗余”措施以确保航天器组合体分离,如果自动分离不成功,还可以采取手动分离或火工品分离。

据陶建中介绍,我国自主研制的对接机构与“国际空间站”、“和平号”空间站、航天飞机、“联盟号”飞船等航天器所使用的对接机构兼容,在对接原理、构造、结构尺寸上都保持一致。将来,如果我国要与国外进行太空合作,对接机构只需进行适应性的接口协调即可。

交会对接是航天领域中一项技术复杂、规模庞大、变量参数多的控制技术,为了得到一个高度可靠并且有容错和诊断功能的系统,在地面进行仿真模拟试验是一个有效途径。

目前,我国太空对接的地面模拟技术已跻身世界一流。由上海航天技术研究院牵头,汇集国内多家单位研制开发的空间对接机构缓冲试验台、综合试验台、整机特性测试台、热真空试验台四个大型试验设备,能完整地将航天器在太空对接分离的每一步模拟出来。

“‘神舟八号’和‘天宫一号’对接机构在‘上天’之前,已经在地面上进行1101次对接试验、647次分离试验。”陶建中说,“我国第一次太空交会对接任务完成得十分完美精确,所有步骤均按设计状态进行,没有一处差错,没有动用一个预案。”

11月1日,“神舟八号”和“天宫一号”在太空相撞后相互“捕获”的时间为1.045秒。为了验证我国太空对接的地面模拟技术,上海航天技术研究院509所模拟了当时的太空条件,进行了对接机构相互“捕获”试验,结果模拟的“捕获”时间为1.042秒,地面模拟和真实太空之间仅相差0.003秒。

“‘神舟八号’和‘天宫一号’在太空交会对接的全过程为7分29秒,我们地面模拟时间为7分28秒,相差仅1秒,当初我们预计要10分钟,是因为多算了‘强制校准’这一步时间。结果这两个航天器在太空对接得十分精准,根本不需要强制校准。”陶建中说。

■专家解读

1 神八天宫组合体为何扭转方向进行二次对接?

据北京航天飞行控制中心副总工程师李剑介绍,神舟八号与天宫一号进行首次交会对接时,二者转入组合体状态后,组合体调头,天宫在后、飞船在前继续在轨运行。这种位置安排是考虑到天宫一号负责整个组合体的运行,其发动机装在后面,因而天宫一号处于后方,对接后发动机点火可进行轨道维持,这也是正常的组合体运行状态。

而二次交会对接前飞船的分离形态,与二次交会对接后飞船最终撤离天宫的方式也不相同。二次交会对接前,组合体进行180度调头,飞船正飞分开。而最终撤离返回的时候,组合体不再调头,飞船采取倒飞撤离,即直接从前面撤离。

2 二次交会对接面临哪些难点?

北京航天飞行控制中心副主任麻永平介绍说,目前面临三个难点。

一是第二次交会对接在阳照区进行,由于杂光干扰强烈,对测量设备敏感器的测量精度和相对导航的可靠性均造成较大的影响,对交会对接的可靠实施带来了一定的风险。

二是由于组合体第一次实施分离控制时,有一系列的机械动作,组合体能否按计划精确地完成分离,是完成二次对接的关键所在。

三是组合体分离时,在机械力的作用下,两个航天器逐渐远离,由于作用力的不平衡性,可能会出现较大的姿态扰动,对正常撤离产生一定的影响。

3 二次交会对接有什么新特点?

李剑介绍,二次交会对接与一次的不同主要有两点,一是飞船要先进行撤离;二是对接在光照区进行。

撤离,是一个全新的环节。“首次对接成功后,两个飞行器进行了锁紧。现在就要打开这个锁,通过两个对接机构上的分离推杆,把两个飞行器推开。二者以一定的速度分开,分开之后,在观察具备二次对接条件后,再对上去。”李剑说。另一与首次交会对接的不同在于,对接的光照条件不一样。首次交会对接是在阴影区进行,而二次则是在光照区。据李剑介绍,相对导航测量设备受到强光干扰,可能会产生一些状况,对交会对接的稳定性也是极大的挑战。

本栏文字据新华社

(南方日报)

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