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总设计师详解首次太空交会对接如何逾越五道关

  防撞:历史上这个过程出事最多

  美俄两国早期的交会对接试验,碰撞事故层出不穷。就在1997年,俄罗斯的进步飞船与和平号空间站还发生相撞,使空间站上的光谱号舱被迫关闭。这次碰撞也加速了和平号空间站失效坠毁的进程。

  神舟八号飞船在地面引导控制下到达天宫一号后下方52公里处时,二者建立直接通信联系,飞船通过自身的计算机自主控制继续接近天宫一号,并在5公里、400米、140米、30米设立4个停泊点。

  当飞船历尽艰难来到天宫一号身边,相撞成了最危险的事。飞船专门加装了4台反推发动机,提供紧急避让的动力。

  二者相距5公里以外时,如果关掉发动机,则会在各自的轨道上越离越远,不会相撞。一旦进入5公里之内,即使没有任何动力,也可能越飞越近导致相撞。

  因此,4个停泊点就像是轮船入港前的锚地,是重要的可靠性备份措施。走一段停一停,一方面可以避免走得太快发生碰撞,另一方面也提供了处置突发故障的时间。如果在某一阶段出了问题,可以退回上一停泊点,解决后继续按原计划前进。

  精控:好比在浩瀚太空穿针眼

  在343公里高的轨道上高速飞行的航天器,即使用航天测控站的光学望远镜,也难以清晰观测到。

  要想在这样的条件下,让两个8吨多的庞然大物,对接机构挨近时误差在18厘米之内,姿态小于5度,这就好比是让飞船拿着一根线,穿到天宫一号拿的那根绣花针的针眼里去。

  这,需要神舟八号飞船上诸多新增设备的紧密配合。

  飞船新增的8台平移发动机遍布周身,提供了各个角度和方向的推力。而最关键的,首先是航天器相对位置测量数据的精确,发动机提供的推力才能精确。

  从相距52公里到实现交会对接,作用距离较远的微波雷达率先工作,进入20公里后精度较高的激光雷达开始工作,进入100米时更加精确的CCD光学敏感器开始介入。这3台技术方案和性能指标均达国际领先水平的交会对接测量设备,完全由我国自主研制,如果对接成功,将验证我国同时掌握3种世界领先的太空测量技术。

  由于在地面无法完全模拟太空中的阳光强度,为避免强阳光对测量设备的干扰,首次交会对接计划在地球阴影区进行。如果进展顺利,组合体飞行12天后,第二次试验则会选择在光照区进行,充分验证测量设备的抗干扰能力。

  分离:关系未来航天员生命安全

  两个航天器的速度、位置、姿态、偏差等11个参数满足对接条件后,神舟八号在惯性作用下继续前进,与天宫一号轻轻相触。当感应装置感受到接触,飞船尾部4台发动机随即点火,“捕获”后旋即关机,紧接着,缓冲、校正、拉近、拉紧、锁死等一系列动作就会相继展开,上千个齿轮和轴承同步动作,飞船和天宫用大约15分钟的时间组成了刚性连接的组合体。

  神舟八号和天宫一号的对接机构是迄今为止中国最复杂的空间机构,有数百个轴承齿轮和上万个零部件。

  两个航天器形成组合体运行结束飞船准备返回时,分离,也是一个重要关口。如果分不开,航天员就无法返回地球,后果是灾难性的。

  对接时锁得太紧,分离时就必然更加困难。对接机构上的12把结构锁,每个锁的拉力都是数吨级。为保分离采取了4重备份。飞船锁钩自动解锁失效,则由天宫锁钩解锁,如果仍然不行,则先用火工品炸断飞船锁钩,仍然无效,最后的选择就是把天宫的锁钩炸毁,万一发展到这一步,天宫的对接机构永远失效,将无法迎接下一艘飞船。

  锁紧机构依次解开后,两个对称的弹簧提供了初始推力,飞船离天宫慢慢变远,直至撤至安全距离,飞船发动机点火,加速离开。飞船返回舱返回地球后,交会对接试验至此完成。

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