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精確 再精確——航天專家解碼首次載人交會對接
2012-06-20
新華網(wǎng)北京６月１８日電 題：精確，精確，再精確——航天專家解碼神舟九號與天宮一號首次載人交會對接
新華社記者李宣良 白瑞雪 王玉山
航天器空間交會對接，被形象地比喻為“百米穿針”。對于搭載著景海鵬、劉旺、劉洋３位航天員的神舟九號飛船來說，在與天宮一號的交會對接過程中，精確顯得尤為重要。
“只有精確，才能避免風(fēng)險；只有精確，才能確保安全；只有精確，才能取得成功?！陛d人航天工程測控通信系統(tǒng)總設(shè)計師錢衛(wèi)平說，“我們的任務(wù)就是，精確、精確，再精確?！?/p>
精確——遠距離導(dǎo)引的基礎(chǔ)
遠距離導(dǎo)引到交會對接的第一步，神舟九號需要從數(shù)千公里外的地方被導(dǎo)引至距天宮一號后下方５２公里處的交會對接入口。
“遠距離導(dǎo)引控制帶來的控制頻度之密，控制精度要求之高，前所未有?！北本┖教祜w行控制中心副主任麻永平說，兩個航天器均以每秒７．８公里的速度高速飛行，要準(zhǔn)確控制這兩個高速動態(tài)飛行器的相對位置和相對高度，就好比在太空中打兩個“移動靶”。
這個艱巨任務(wù)由地面測控系統(tǒng)來完成。“神舟九號發(fā)射升空以后，我們要進行５次遠距離導(dǎo)引控制，實際上只實施了４次就實現(xiàn)了目標(biāo)?！北本╋w控中心研究員唐歌實介紹，中心通過精密定軌和精確的軌控效果標(biāo)定，研究分析認為第５圈和第１９圈軌道控制將對軌道面產(chǎn)生一個固定偏差，因此可以利用這個偏差，來替代第１３圈的軌道面修正，從而取消原來設(shè)計的軌道面修正控制，將原來設(shè)計的５次變軌減為４次。
“飛行控制操作的簡化，不僅沒有影響到控制精度，反而提高了航天員和飛行控制的安全性和可靠性?！碧聘鑼嵳f。
精確——近距離自主交會的前提
從相距５２公里處，神舟九號開始利用飛行器上微波雷達、激光雷達等測量設(shè)備，獲得和天宮一號的相對距離和相對姿態(tài)等信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序計算出飛船繼續(xù)前進的軌跡和速度，逐漸逼近天宮一號。
這個過程就是航天器的自主交會。為什么要用自主交會取消測控系統(tǒng)的導(dǎo)引控制？
錢衛(wèi)平說，由于地面航天測控網(wǎng)受到距離、分布等因素的制約，在近距離時難以滿足飛行器交會的要求，只能依靠航天器自主導(dǎo)引。
要使神舟九號和天宮一號對接機構(gòu)能夠順利捕獲，誤差必須保持在十幾厘米范圍內(nèi)，這種導(dǎo)航精度，對飛行的安全性、天地協(xié)同的時效性，都提出了極其苛刻的要求。
“為了解決難題，飛船上裝備了現(xiàn)代化的測量手段，距離的測量精度能達到厘米級?！卞X衛(wèi)平說。
從神舟九號接近天宮一號起，共設(shè)置了５公里、４００米、１４０米和３０米四個停泊點。神舟九號在這幾個點都要相對于天宮一號“停泊”數(shù)分鐘，給地面測控系統(tǒng)提供分析判斷兩個航天器狀態(tài)的時間。如果一切正常，則繼續(xù)進行交會對接；如果出現(xiàn)意外情況，則可能隨時進行人工干預(yù)。
精確——實現(xiàn)“１＋１＝１”的關(guān)鍵
當(dāng)神舟九號和天宮一號的對接機構(gòu)剛一接觸上，飛船上的發(fā)動機開機，對飛船進行加速。對接機構(gòu)按照捕獲、緩沖、拉近、鎖緊四個階段，完成對接，并保證密封。
對接后，天宮一號和神舟九號成為一個組合體在軌道上運行，此時由天宮一號控制組合體飛行，神九飛船處于“?？俊睜顟B(tài)，實現(xiàn)“１＋１＝１”。
如何使對接時不發(fā)生碰撞，對接后能夠保持完全密封，以及使天宮一號和神舟九號真正合二為一，都要依賴對接機構(gòu)的精確動作。神舟九號和天宮一號的對接機構(gòu)是這次任務(wù)最復(fù)雜和精密的空間機構(gòu)，有數(shù)百個軸承齒輪和上萬個零部件。
對接形成密封通道后，將進行通道密封性能檢查，確保艙體的氣密性，保證艙內(nèi)航天員的安全。
精確——讓“１－１＝２”的奧秘
在神九天宮載人交會對接任務(wù)過程中，組合體將至少進行兩次分離，一次是手控交會對接之前，神九將與天宮短暫作別；一次是航天員返回前，神九將與天宮永久作別。
“相見時難別亦難”，兩個航天器能否分離成功，是交會對接任務(wù)完整過程的最后一步，也意味著未來航天員能否順利從空間實驗室或者空間站撤離。
分離過程是“１－１＝２”的過程，要實現(xiàn)兩個組合在一起的飛行器順利分開，又保證兩個飛行器一切正常，神舟九號恢復(fù)自主飛行功能。
分離是對接的反過程，對接時鎖得緊，分離時必然就困難。對接機構(gòu)上的１２把結(jié)構(gòu)鎖，每個鎖的拉力都是數(shù)噸級。為保分離采取了４重備份。
作別神九之后，天宮一號是否會迎來神十？全世界都在拭目以待。
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