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1、载人航天工程两大系统总设计师张柏楠解读交会对接如何“过五关”日期： 2011-11-03 作者： 来源： 大众日报 【 查看PDF版】据新华社北京11月2日电“交会对接,是我国航天史上迄今为止难度最大的一次飞行任务。”作为载人航天工程空间实验室系统和飞船系统两个系统的总设计师,张柏楠因博学和技术扎实被业内人士称为“难不倒”。然而这一次,“难”成了他接受采访口中出现频率最高的词汇。难在哪里?张柏楠将实现交会对接的过程总结归纳为“过5关”,并向记者披露了这五道关是如何逾越的。瞄准点火误差不能超过正负1秒以往飞船发射,可以在几十分钟甚至更宽的时间范围内择机点火,而神舟八号飞船发射点火的时间被限定在正
2、负1秒的范围内。这,就是瞄准的需要。要想瞄准天宫一号,就得将交会对接的那一刻倒推回来,推算出神八起飞时间。点火瞄准时多差1秒,飞船到了太空和天宫的轨道面都会产生极大的偏差,轻则消耗大量燃料降低航天器寿命,重则会因燃料不足而无法交会。前苏联1968年的一次交会对接,两飞行器相距仅30厘米时却因燃料耗尽而失败。追赶两天内追上10000公里在太空中,飞船追赶天宫的最优方案不是加速,却是不断减速。在轨道周期不变的情况下,轨道越低的飞行器飞得越快。正是基于这样的物理原理,飞船追赶天宫的过程,是一个边抬高轨道边降速的过程。飞船入轨时,与天宫一号还有约1万公里的距离,而且两者轨道不在同一平面。没有严密的计算
3、和超一流的飞控能力,想在短短不到两天的时间内追上,实非易事。为此,北京飞控中心早在2007年7月开始研发中国新一代飞控软件,经数年攻关于2009年初启用。这套拥有1100多万行代码的庞大软件系统,能够对高度关联的多目标同时测控,确保飞船和天宫一号协调配合进行每个动作。防撞设置4个停泊点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。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
4、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。在这4个停泊点中,5公里是最重要的一个。再一个是最后30米的这个停泊点,也很关键,就像踢足球的临门一脚。通过多个发动机同时工作,硬把两个飞行器拉过来,接合到一起,这个点应该说是技术含量最高的。精控好比太空穿针眼在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
5、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。分离关系未
6、来航天员生命安全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。