中國網(wǎng)訊 據(jù)北京航天飛行控制中心消息，從對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸開始，經(jīng)過捕獲、緩沖、拉近、鎖緊4個(gè)步驟，“神舟八號(hào)”飛船與“天宮一號(hào)”目標(biāo)飛器3日凌晨實(shí)現(xiàn)剛性連接，形成組合體，中國載人航天首次空間交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)獲得成功，正在法國出席20國集團(tuán)峰會(huì)的胡錦濤同志專門發(fā)來賀電。
“神舟八號(hào)”與“天宮一號(hào)”交會(huì)對(duì)接成功，為中國突破和掌握航天器空間交會(huì)對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)，初步建立長期無人在軌運(yùn)行、短期有人照料的載人空間試驗(yàn)平臺(tái)，開展空間應(yīng)用、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)，以及建設(shè)載人空間站奠定基礎(chǔ)、積累經(jīng)驗(yàn)。
中國首次空間交會(huì)對(duì)接于3日1點(diǎn)30分左右展開
空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)是指兩個(gè)航天器在空間軌道上會(huì)合并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù)。空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)包括空間交會(huì)對(duì)接軌道設(shè)計(jì)技術(shù)、軌道交會(huì)控制技術(shù)、對(duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、空間交會(huì)對(duì)接測控技術(shù)等。廣泛用于空間站、空間實(shí)驗(yàn)室、空間通信和遙感平臺(tái)等大型空間設(shè)施在軌裝配、回收、補(bǔ)給、維修以及空間救援等領(lǐng)域。目前為止，只有美國和俄羅斯掌握完整的交會(huì)對(duì)接技術(shù)，歐洲的ATV和日本的HTV在交會(huì)對(duì)接技術(shù)方面分別得到了美國或俄羅斯的技術(shù)支持。
中國首次交會(huì)對(duì)接為無人自動(dòng)交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，對(duì)接目標(biāo)飛行器為天宮一號(hào)，追蹤飛行器為神舟八號(hào)飛船。
9月29日發(fā)射升空的天宮一號(hào)，是全新研制的載人飛行器，全長10.4米，最大直徑3.35米，起飛質(zhì)量約8.5噸，設(shè)計(jì)在軌壽命2年。由實(shí)驗(yàn)艙和資源艙構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)艙有效使用空間約15立方米，可滿足3名航天員在艙內(nèi)工作和生活需要，前端安裝被動(dòng)式對(duì)接機(jī)構(gòu)，可與飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接。資源艙為空間飛行提供動(dòng)力和能源。
神舟八號(hào)飛為改進(jìn)型載人飛船，沿用返回艙、推進(jìn)艙和軌道艙三艙結(jié)構(gòu)，全長9米，艙段最大直徑2.8米，起飛質(zhì)量8082千克。增加了微波雷達(dá)、激光雷達(dá)、CCD敏感器等交會(huì)測量設(shè)備，以及主動(dòng)式對(duì)接機(jī)構(gòu)，具備自動(dòng)和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接與分離功能。對(duì)接機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)向板內(nèi)翻式的異體同構(gòu)周邊式構(gòu)型，對(duì)接后可形成0.8米的航天員轉(zhuǎn)移通道。
交會(huì)對(duì)接全過程大致分為遠(yuǎn)距離導(dǎo)引、自主控制、對(duì)接等三個(gè)階段。
遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段是指飛船與運(yùn)載火箭分離，到飛船遠(yuǎn)距離導(dǎo)引終點(diǎn)這一飛行階段。主要飛控工作是通過5次軌道控制，使飛船在預(yù)定時(shí)刻到達(dá)天宮一號(hào)后下方約52公里處（遠(yuǎn)距離導(dǎo)引終點(diǎn)），控制飛船與目飛行器建立相對(duì)導(dǎo)航。
神八發(fā)射升空后進(jìn)入到與天宮一號(hào)1萬公里的距離，之后便進(jìn)入與天宮一號(hào)遠(yuǎn)距離導(dǎo)引階段。地面對(duì)兩個(gè)飛行器的飛行軌道進(jìn)行測量，讓兩個(gè)飛行器相對(duì)接近。地面人員根據(jù)兩個(gè)飛行器之間的軌道偏差來完成神八變軌，經(jīng)過若干次的軌道修正，讓神八逐漸接近天宮一號(hào)。在相距約50公里時(shí)，神舟八號(hào)和天宮一號(hào)就能彼此通過敏感儀器和通訊設(shè)備尋找到對(duì)方，此時(shí)交會(huì)進(jìn)入雙方自主控制階段，互相尋找、逐漸接近，這是交會(huì)對(duì)接最難的階段之一。
自主控制段經(jīng)歷尋的、接近和平移靠攏三個(gè)階段，神舟八號(hào)飛船自主導(dǎo)航控制到與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器接觸，自主控制飛行過程約需兩個(gè)半小時(shí)。
對(duì)接段是從兩目標(biāo)對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸開始，到鎖緊這一飛行階段。對(duì)接段要完成接觸、捕獲、緩沖與校正、拉回和鎖緊等五個(gè)過程，最終實(shí)現(xiàn)兩飛行器剛性連接，形成組合體。
詳解交會(huì)對(duì)接過程八大步驟
交會(huì)對(duì)接包含兩個(gè)過程：一是交會(huì)，二是對(duì)接，兩個(gè)過程互相聯(lián)系。“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”在同一時(shí)刻以同樣的速度到達(dá)同一個(gè)地點(diǎn)順利交會(huì)，兩個(gè)飛行器的速度、位置、姿態(tài)、偏差等11個(gè)參數(shù)滿足對(duì)接的初始條件后，飛行器就將停止控制，讓它們根據(jù)慣性進(jìn)行碰撞，整個(gè)對(duì)接過程一共大約需要十分鐘時(shí)間。對(duì)接過程分為八個(gè)步驟：
第一步“相撞”。在慣性作用下，8噸重的“神舟八號(hào)”與8.6噸重的“天宮一號(hào)”以每秒0.2米左右的速度進(jìn)行相撞，當(dāng)“神舟八號(hào)”上的主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)碰撞上“天宮一號(hào)”上的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)，對(duì)接過程正式開始。
第二步“捕獲”。當(dāng)“神舟八號(hào)”主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)上的對(duì)接環(huán)，接到失衡傳感器發(fā)出對(duì)接指令信號(hào)后，6根滾珠絲桿就會(huì)向外推出200多毫米，對(duì)接環(huán)上安裝的3對(duì)捕獲鎖，撞到“天宮一號(hào)”被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的卡板器，就會(huì)被牢牢卡住。
第三步“緩沖”。“神舟八號(hào)”對(duì)接環(huán)受到撞擊后，將會(huì)通過一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，聯(lián)向?qū)訖C(jī)構(gòu)上的摩擦自動(dòng)器和電磁阻尼器，分別吸收縱向和橫向的撞擊能量，進(jìn)行緩沖。碰撞、捕獲、緩沖3個(gè)步驟共需要大約60秒時(shí)間。
第四步“校正”。當(dāng)“神舟八號(hào)”成功捕獲“天宮一號(hào)”并實(shí)施緩沖后，“神舟八號(hào)”對(duì)接環(huán)的6根滾珠絲桿繼續(xù)往外推至300毫米，同時(shí)對(duì)兩個(gè)航天器的姿態(tài)、位置和偏差等進(jìn)行強(qiáng)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)間約需80秒。
第五步“拉近”。校準(zhǔn)后，“神舟八號(hào)”對(duì)接環(huán)的6根滾珠絲桿緩緩收縮，將兩個(gè)飛行器“拉近”，這一過程約需240秒。
第六步“拉緊”。“神舟八號(hào)”和“天宮一號(hào)”的對(duì)接面上，分別安裝了6組共12把對(duì)接鎖，每把對(duì)接鎖的拉力達(dá)3噸。當(dāng)兩個(gè)飛行器被拉近后，兩個(gè)對(duì)接面的12把對(duì)接鎖一一相扣。
第七步“密封”。兩個(gè)飛行器拉緊后，對(duì)接機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)將帶動(dòng)鋼絲繩系統(tǒng)，將兩個(gè)連接器面上的密封圈壓縮，保持密封。
第八步“剛性連接”。通過對(duì)接鎖使兩個(gè)連接器貼合，實(shí)現(xiàn)“剛性連接”，將兩個(gè)航天器組合成一體。拉緊、密封和剛性連接共需220秒。
12天左右后擇機(jī)進(jìn)行第二次交會(huì)對(duì)接
組合體飛行段由天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器負(fù)責(zé)組合體飛行控制，神舟八號(hào)飛船處于?？繝顟B(tài)。組合體飛行12天左右，將擇機(jī)進(jìn)行第二次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。其主要過程為：對(duì)接機(jī)構(gòu)解鎖，兩飛行器分離，神舟八號(hào)飛船撤離至相距天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器140米處停泊，按程序進(jìn)行第二次交會(huì)對(duì)接，再次構(gòu)成組合體。
組合體繼續(xù)飛行2天后，進(jìn)入分離撤離段，兩飛行器再次分離，飛船撤離至距目標(biāo)飛行器5公里以外的安全距離，交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)結(jié)束。此后，神舟八號(hào)飛船返回艙返回地面；天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器變軌至自主飛行軌道，轉(zhuǎn)入長期運(yùn)行管理。
為防止碰撞設(shè)計(jì)兩種主動(dòng)安全模式
空間飛行器交會(huì)對(duì)接是航天領(lǐng)域公認(rèn)的技術(shù)難關(guān)，風(fēng)險(xiǎn)很大，兩個(gè)高速飛行的航天器在空間軌道上準(zhǔn)確會(huì)合，精度要控制在十幾個(gè)厘米之內(nèi)，其難度和風(fēng)險(xiǎn)可想而知。針對(duì)不同類型的故障，設(shè)計(jì)了各種安全模式，以應(yīng)對(duì)預(yù)案外的故障。比如為防止兩飛行器碰撞，設(shè)計(jì)了飛船撤退和撤離兩種主動(dòng)安全模式。同時(shí)，設(shè)置了安全控制點(diǎn)，制定了安全判據(jù)，以此有效控制風(fēng)險(xiǎn)。
航天員訓(xùn)練手控交會(huì)對(duì)接技術(shù)
按照工程交會(huì)對(duì)接階段的任務(wù)規(guī)劃，這次神舟八號(hào)為無人飛行，2012年將進(jìn)行神舟九號(hào)、十號(hào)飛船與天宮一號(hào)的交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，至少有一次是載人飛行。
神舟八號(hào)飛船與神九、神十一樣都是按照載人狀態(tài)設(shè)計(jì)的，但神八飛船增加配置了兩類設(shè)備，一種是圖像記錄設(shè)備，它將把這次交會(huì)對(duì)接過程記錄下來，這對(duì)于航天員地面訓(xùn)練將會(huì)很有幫助；另一種是力學(xué)參數(shù)測量設(shè)備，它將把這次飛船飛行過程的各種力學(xué)參數(shù)記錄下來，這對(duì)于評(píng)價(jià)飛船的載人力學(xué)環(huán)境是很有意義的?？傮w上講，通過這次飛行，可以驗(yàn)證改進(jìn)后的飛船能否適應(yīng)載人航天飛行的要求。明年神九是否載人要對(duì)此次發(fā)射進(jìn)行評(píng)估后確定。
同時(shí)，天宮一號(hào)也已經(jīng)為航天員進(jìn)駐工作生活做好了充分的準(zhǔn)備，比如天宮一號(hào)上已經(jīng)裝載了航天員太空鍛煉設(shè)備，以及醫(yī)學(xué)監(jiān)測和健康維護(hù)設(shè)備。
目前，執(zhí)行交會(huì)對(duì)接任務(wù)的航天員乘組已完成了初步選拔，包括2名女航天員在內(nèi)的航天員乘組，正在按計(jì)劃開展交會(huì)對(duì)接任務(wù)訓(xùn)練，訓(xùn)練的重點(diǎn)是航天員手控交會(huì)對(duì)接技術(shù)。
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