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总设计师:天宫神八对接成功突破两技术难题

2011年11月21日13:29中国新闻网我要评论(0)
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“我们搞载人航天,就是希望最终能在宇宙里找到新的人类家园。我们这一代应该看不到了,但总有人会看到”11月11日,在中国空间技术研究院载人航天总体部的办公室里,《瞭望》新闻周刊记者专访了天宫一号和神舟八号总设计师张柏楠。

此时,离天宫一号和神舟八号第二次交会对接还有三天时间,紧张的工作仍在继续,采访张柏楠的时间在多次调整后才最终确定。当他出现在本刊记者面前时,脸上有着明显的疲惫神情。

“张总工作非常非常认真,一贯如此”,张柏楠身边的工作人员说:“可以说,搞载人航天,既是他的工作,也是他的爱好。”这位空间飞行器设计专业硕士,从1987年毕业便进入中国空间技术研究院,先后担任神舟一号至神舟五号载人飞船副总设计师、神舟六号和神舟七号载人飞船总设计师,直至天宫一号和神舟八号总设计师。二十余年时间,一直与载人航天工程同行。

交谈中,张柏楠说话音调不高、语速很快,语言条理分明,逻辑严密,正如人们想象中科技工作者的样子。他从天宫一号和神舟八号的交会对接谈起,最终谈到载人航天的终极目标:“时间,从天文的角度是很有限的;太阳、地球都是有寿命的,终归有消亡的一天。在宇宙中为人类的延续寻找新的家园,这就是载人航天的终极目标。我刚开始搞航天的时候,这个目标很模糊,后来越来越清晰。这是我最喜欢的事情,是最值得研究的领域,也是最有意义的事情。这些事可能我们这一代人做不了,可能下一代人做不了,但是一代代的人往下走,总有那么一天能够实现。”

突破两大技术难题

“交会对接的成功,从大的方面来说突破了两个技术难题,一是交会对接技术,二是组合体控制技术。这两个技术的突破,为未来空间站建设打下了良好的基础。”张柏楠说。

“交会对接技术说得很多了,容易忽略的是组合体控制技术。实际上这是未来空间站的一个关键技术。对接成功之后,神舟八号停靠关机,转由天宫一号控制两个飞行器飞行,这时就要考验其组合体控制技术。以前,卫星、飞船上天之后,都是自己管自己;而对接之后是多个飞行器连在一起,必须纳入统一的体系一起来管理,不能各管各的,这需要解决很多问题。”张柏楠说。

例如,在能源方面,对接成功后,天宫一号要为神舟八号供电,起码满足500瓦的供电能力,以补充飞船能源不足的问题,这同时也是对将来空间站整个能源系统统一调配、统一管理技术进行试验验证;在姿态控制方面,整个组合体的姿态和轨道也都要由天宫一号来统一控制,控制重量翻了一番,等于从轻装上阵到负重前行,无论是指令还是遥测,双方都要重新适应。

目前来看,天宫一号和神舟八号对接上了,交会对接基本上突破了;从组合体这方面来看,对接之后运行了很长时间,姿态、能源、信息这些统一管理的事也都解决了。“干成了一次,我们算是知道是怎么回事了。但是这次还是无人的,载人环境保障和控制,就需要神九和神十来解决了。”

“在以往既没有技术基础也没有在轨试验的情况下,交会对接一次成功,我觉得是非常非常难的,也是非常了不起的。更为可贵的是,一步一步走下来,我们的飞船、火箭,技术上不依赖别人,都是自主知识产权。”张柏楠说,在此之前,美、俄两国已掌握了这项技术,并多次进行航天器空间交会对接,其对接形式也多种多样。但美国和前苏联早期在实施航天器交会对接任务时,都有故障发生,造成任务失败。

但张柏楠也坦言,在交会对接成功之前,也对诸多问题忧心忡忡:一是操作流程十分复杂,一件事接着一件事,一件事做完就要把下一件事要做的评估参数做好,准确度要求高,而且时间间隔非常短,做到没有瑕疵是很困难的。

二是空间操作难度很大。因为一般卫星是自己独立飞行,但交会对接是两个飞行器的配合,要控制得十分精确,相对速度要非常小,这也是一个担心的问题。

三是天地差异的问题。比如说我的精度很高、控制很准,但这都是在地面理论条件下仿真的,你想得到的问题是可以仿的,但是想不到的东西是没法仿的。天上的实际情况,比如太阳光很强、电磁环境很复杂,还有很多动力学问题,都是和地面的情况不一样的,这就存在风险。

此外,美国在交会对接之前,就做过各个飞行器编队飞行等试验。俄罗斯礼炮1号到礼炮7号,前后反复试验,不断进行空间站技术验证,并最终完成和平号空间站的建设工作,是个循序渐进的过程。我们的交会对接,没有做过飞行试验验证,是要一次成功,这也是比较担心的。“但从目前的结果来看,还是比较理想的,这说明我们前期对环境的分析和判断是比较准确的。”

载人航天中国道路

“1986年3月,中国高技术研究发展计划‘863’计划出台。‘863’计划中中国载人航天探索的后期论证,当时是屠善澄、闵桂荣等老一代航天人主持,我作为年轻人也参加了,论证的共识是中国要从载人飞船起步;再到1992年9月21日,‘921’计划确定,载人航天工程分为‘三步走’。从那时候开始到现在几十年时间的发展情况来看,这些计划是适合中国国情的,少花钱多办事,每次发射都解决一个重要问题,用最小的试验样本突破关键技术,并获取最大的试验成果,以比较小的代价缩短了和国外在航天领域的差距,这是中国特色的载人航天发展之路。”

张柏楠分析说,从速度上来说,我们并不是很快,从神舟五号到神舟八号、天宫一号,我们用了八年,但只用了五次发射,就突破了发射和返回技术、多人协同工作、出舱活动、交会对接四大难题。而美国、俄罗斯,解决这么多技术问题一般要十几次发射。例如,俄罗斯搞了三代飞船“东方”“上升”“联盟”,到“联盟”才解决交会对接的问题;美国是两代飞船“水星”“双子星”,到“双子星”的时候才解决交会对接的问题,而真正的对接是到“阿波罗”才解决的,还是非常简易的交会对接。“而我们的特点是,第一,用最少的投入,一个飞船解决一个必须要解决的问题,时间虽然不是最短,但是发射成本少很多。第二,以实用为目标。像国外的对接,开始都是方案性的,还得再搞一代,而我们是一旦解决了,就可以直接用于空间站。”

在这个持续平稳发展过程中,中国载人航天不仅收获了技术上的飞跃,同时也解决了制约中国航天发展的诸多问题。

“载人航天工程起步之初,面临的困难比较多。一是在当时经济大潮的冲击下,人才流失严重;二是技术基础很薄弱,多年没有什么投入,一些关键技术没有太多的积累;三是基础设施规模小,又分散,条件很差。没人才、没技术、没设施,当时的情况根本不能支持大型航天器的研制和建造,所以当时困难是很突出的。”张柏楠回忆道。

因此,载人航天工程项目在立项之初,就存在这样一个思路通过一个项目,凝聚人才,平稳过渡,完成新老交替,同时把基础设施建立起来,以此为基础推进技术突破。

“刚开始的时候,我们是老的老、小的小,中间存在一个很大的空当。除了老同志,就是我这样基本上什么都不了解的学生。而现在,我们的队伍都是三十岁出头的,这是国外非常羡慕的一点。比如俄罗斯,当年我们去学习时教我们的老师们,现在还在谈判桌上和我们谈判,还是一批人,基本没有换;再看美国,航天飞机一下马,估计又要走很多人,人才流失也很严重。而我们通过载人航天工程,顺利完成了人才的新老交替。”张柏楠说,“还有就是基础设施大有改观,当年五院就是在中关村的一个小院子。现在你再看看我们的环境,没有载人航天工程,哪会有现在这个规模?”

寻找人类新家园

“下一步,天宫一号将和神舟九号、神舟十号对接,应该说,很多技术还在验证,依然存在不少问题。”张柏楠说,例如,此次交会对接,我们选择了难度最大的自动控制,但人的控制是怎么样的,现在还没有验证。再例如,交会对接是一次成功了,但可靠性的问题还需要在后续一到两年进行验证。

“再往长远看,我们要继续完成中国载人航天‘三步走’战略,最终实现‘建造长期有人照料的大型空间站’的目标。要实现这一目标,如果仅就技术问题来讲的话,下一步亟需解决的是推进器补加问题和生物再生式生命保障系统问题,可能在后续的天宫二号和天宫三号上解决。”

首先,解决了补加的事,空间站就可以连续运行下去了,否则能源耗光了就不能继续飞了,美国一个100吨的天空实验室飞行时间很有限就是因为补加跟不上。

其次,一个航天员每天需要消耗一二十公斤的物资,全靠地面运送,这在长期来看代价太大,所以这个问题必须解决。而生物再生式生命保障系统,可以利用绿色植物、微生物等生物组分来生产食物、处理废物,同时再生空气和水,实现在一定的密闭空间内人和生物之间氧气、水分和食物的循环再生利用,从而大大减少长期空间活动中的地面补给,并为航天员创造一个更为舒适和安全的生活环境。

张柏楠分析说,实际上载人航天有多个步骤:一是载人往返运输,简单说就是上得去回得来,我们已经基本解决了。

二是人长期在轨生活工作。这个技术现在我们刚刚起步,即便“建造长期有人照料的大型空间站”完成,这个问题也不敢说解决了,这条路还很长。

三是在轨服务。载人航天不能仅仅把人送入太空,转了一圈大家看个高兴就完了,上去是要干活的,包括空间实验、宇航员参与建造、维修维护、补给大型空间设施等。比如,掌握了维修维护这项技术,可以维护一些大型昂贵的空间设施,延长这些设备的寿命。已经有成功案例,例如美国的哈勃望远镜便是通过宇航员做了五次维修并且解决了一些原本设计上的缺陷,使得哈勃望远镜取得了非常多的成果。“当然,目前这项技术刚刚起步,现在发一个飞船去修一个卫星,那肯定是代价太大了。但是着眼未来,随着技术的发展,成本的降低,我相信这一定会实现。”

“在此基础上,载人航天的最终目标,在于使人能在宇宙中自由出入,能够到任何地方去,从而找到一个新的适合人类生存的地方。这样,人类就可以在宇宙中不断地扩展,不受地球的约束了。”张柏楠这样说。(《瞭望》新闻周刊)

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