作者:潘希 宗兆盾 来源:科学时报 发布时间:2011-11-3 6:48:26
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天宫神舟“鹊桥会”是如何实现的
 
本报记者 潘 希 通讯员 宗兆盾
 
11月3日凌晨1时36分,天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船成功实现首次交会对接。两个高速飞行的航天器,在茫茫太空中深情相吻,这奇妙的太空之“吻”,定格成一幅动人画面,将永远镌刻于中国航天事业的史册。
 
空间交会对接技术是当今航天领域最为复杂的技术之一,由于交会对接涉及两个航天器协同飞行,系统复杂,技术密集,风险极大。
 
从1966年3月16日,美国“双子星座”8号飞船与“阿金纳”目标飞行器完成世界上首次载人手动交会对接,到1998年国际空间站开始建造,迄今为止,全世界共进行航天器交会对接活动300余次,发生故障17次,故障率超过8%,交会对接也因此被称为航天安全“鬼门关”。
 
然而,这又是一道必须迈过的关口。“不突破和掌握空间交会对接技术,建设空间实验室、空间站的设想,都只能是空中楼阁。”中国载人航天工程总设计师周建平说。
 
周建平告诉记者,空间交会对接技术是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术。这一技术广泛用于空间站、空间实验室、空间通信和遥感平台等大型空间设施在轨装配、回收、补给、维修以及空间救援等领域,与载人天地往返、出舱活动并称为载人航天三大基本技术。
 
据介绍,空间交会对接分为空间交会和空间对接两部分。空间交会是指追踪航天器与目标航天器在空间轨道上按预定位置和时间进行相会,空间对接是在完成交会后两航天器在空间轨道上经过一系列对接动作,最后紧固连接成一个组合体航天器的过程
 
首先要确定航天器在太空中交会的最佳相位和时间。要实现精准对接,航天器需要在圆形轨道上沿直线交会,然而,航天器发射入轨时的初始轨道,却都是椭圆形。
 
因此,科技人员先要对天宫一号进行一系列轨道控制,使其瞄准目标相位。然后再根据天宫一号的轨道数据,计算出神舟八号的发射窗口和入轨参数,还要在神舟八号发射后,迅速实施变轨,确保它在天宫一号的后下方约52公里处作好对接前的准备。
 
50公里,大约是北京市三环路一圈的长度。可是,对于以时速2.8万公里飞行的航天器来说,却不过是毫厘之间。
 
周建平说:“打个比方,这就像一场太空中举行的接力赛,所不同的是,跑道设在了距地面340公里的太空,前面的选手拿着一根绣花针,后面的选手要把一根丝线从针眼里穿过去,而且两位选手都要保持高速飞行。”
 
这时,天宫一号也不能“守株待兔”,地面指令要引导它进行轨道修正,并调头180度,敞开怀抱迎接“神八”飞来。
 
经过这一番令人眼花缭乱的轨道控制,神舟八号和天宫一号就像牛郎织女,终于踏过天路迢迢,来到了“鹊桥”两端。
 
在离地面343公里的太空轨道上,神舟八号和天宫一号绕地球一圈只需要90分钟,也就是说每45分钟就会经历一次昼夜更替。由于导引设备需要自身光源引导,因此,黑暗环境下更利于精确实施交会对接。此次“天宫”和“神八”对接时,就是船上的黑夜状态。
 
对接开始时,必须确保两个航天器处于同一直线上。最初的接触会触发一些小型撞锁来连接两个航天器,实现柔性连接;之后,对接设备将两个航天器拉近紧贴在一起,实现刚性连接;最后,再通过密封连接设备封闭对接口缝隙,在天宫一号和神舟八号之间形成一个直径约80厘米的通道。
 
据了解,为执行这次任务,科技人员研制了全新的天宫一号目标飞行器,改进研制了神舟八号飞船,两个航天器上装载设备1100余台,其中半数以上是新研产品。
 
例如,用于发射“天宫”和“神八”的两枚运载火箭都作了改型,与执行“神七”任务的火箭相比,发射天宫一号的火箭技术状态变化达176项,发射神舟八号的火箭技术状态变化达194项,两枚火箭1.4万多条焊缝,技术人员一条一条地进行了认真检查。
 
科技人员综合调用陆海天基测控网络,从大洋深处的远望号测量船,到数万公里高轨道的天链卫星,从遍布各地的地面测控站,到运筹帷幄的飞行控制中心,精测妙控、巡天牧舟,使我国航天测控精度成倍提高。
 
《科学时报》 (2011-11-03 A1 要闻)
 
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