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解读神舟九号空间交会对接技术

2019-07-19 10:53编辑:admin人气:


  空间交会对接,继神舟八号之后,神舟九号又向天宫飞来。

  作为人类进军空间站必须迈过的关键一步,空间交会对接规模大、技术复杂、风险多。美俄(前苏联)一开始均选择多次发射目标飞行器,验证交会对接技术。

  中国智慧的独特之处在于,先发射目标飞行器天宫一号,然后让它先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船交会对接,3次交会对接任务仅需4次航天发射,节省成本,经济实惠。

  专门研制目标飞行器,用于太空中的N+1交会对接试验模式是我国首创。载人航天工程总设计师周建平说。

  现在,仰望苍穹,神舟九号就要与天宫一号交会对接了。让我们一起静静期待,感受并赏析中国智慧的精彩细节。

神舟九号与天宫一号交会对接

  步骤一 自动交会对接 太空四步再次上演

  如同刘翔的夺冠绝杀七步上栏,神舟九号与天宫一号的交会对接,同样需要迈好太空四步地面导引,自动寻的,分步靠近,对接合拢。其中前3步为交会,第4步为对接,一气呵成。

  首先测控人员要确定神舟九号与天宫一号在太空交会的最佳相位和时间。要实现精准对接,它们需要在圆形轨道上沿直线交会。测控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。接下来,便是神舟九号的太空四步了。

  第一步地面导引:神舟九号在地面指令的引导下,经过5次变轨控制,飞抵天宫一号下方约52公里处,转入自主控制飞行状态。

  第二步自动寻的:神舟九号经过4次自主变轨控制,抵达距天宫一号约5公里的对接入口点。

  第三步分步靠近:为了和天宫一号对上秋波,确保彼此的相对测量通信正常沟通,中国航天人为神舟九号设置了4个停泊点,分别距离天宫一号5000米、400米、140米、30米。每当抵达停泊点的瞬间,神舟九号就和天宫一号处在同一轨道高度,相对速度为零,神舟九号要在这个时候停一停,看一看了。

  第四步对接合拢:飞船与天宫拥抱彼此的手臂是异体同构周边式对接机构。对接机构核心部件由3把捕获锁和12把结构锁组成,神舟九号和天宫一号各有完全对称的一套。先是捕获锁实现最初的柔性连接,接着,12把结构锁将它们拉近紧贴在一起,实现刚性连接。最后,再通过密封连接设备封闭对接口缝隙,在天宫和飞船之间形成一个直径约80厘米的对接通道。

  这4个步骤几乎与神八一模一样,所不同的是,它们与天宫轮番拥抱时,一个是白天一个是黑夜在离地面343公里的太空轨道上,飞船和天宫绕地球一圈只需要90分钟,每45分钟就会经历一次昼夜更替。上一次神八与天宫对接,是黑夜状态,这一次,是白天,即通常所说的阳照区。

  由于是在白天,光学测量引导设备就对光线的入射角提出了要求。所以说,一旦这一次神九与天宫对接成功,也便意味着,我国空间交会对接技术在阳照区也得到了验证。

  步骤二 首次入住天宫 天上家园迎来主人

  这将是激动人心的一刻。如果交会对接成功了,直径约80公分的对接通道就建立起来,天上家园即将迎来主人。

  此时此刻,3位航天员与天上家园的距离,只剩下了3道门返回舱门、轨道舱门、天宫一号舱门。打开这3道门之前,还有很多事情要做。

  首先要检查轨道舱的气密性,气密性好则表明轨道舱是安全的,第一道门可以打开了。紧接着要做的便是向对接通道通气冲压,让通道的气压与飞船舱内一样,否则存在压差,舱门便不好打开。即使两边气压平衡,还不能贸然打开轨道舱舱门。这时候,检查对接通道的气密性成为开启第二道门的关键一环。毕竟,对接通道一旦漏气,就会对航天员的安全造成威胁。

中国空间站对接技术

  轨道舱与对接通道气压一致,且气密性好,意味着第二道门也打开了。像鱼一样游过来的第一个航天员打开了天宫一号的舱门天上家园来人了!

  这时候,神舟九号已经处于停靠状态,天宫一号的启控成为千钧一发的关键事件。天宫一号的环境控制与生命保障系统资源将控制三舱模式,实现1托3的环控模式。三个舱段内的空气气压、成分,温湿度,水,电源等等,全由天宫一号控制。

  当3位航天员把神舟九号搭载上来的一些物资搬到天宫一号上去后,他们的太空生活开始了。

  为了迎接后面的手控交会对接,飞船与天宫需要暂时分离。值得关注的是,在它们分开之前,三位航天员要执行一个标准的撤离程序把天宫上该带回地面的所有物资,搬到飞船的返回舱,然后将天宫再次设定成无人值守状态

  航天员首次入住天宫一号,不仅意味着组合体技术得到一个完整验证,还意味着神舟九号首次实现了完整的天地往返的运输过程。周建平解释说,神舟八号和天宫一号虽然完成了交会对接,但由于神舟八号没有载人,没有把人和物送到天宫一号上去,也没有把天宫一号上的物品拿回来,自然谈不上完整的天地往返运输过程。

  能够把人和物品输送到在轨飞行器上并且安全返回地面,是交会对接的最大价值所在。周建平说。

中国空间站的畅想

  步骤三 手控交会对接 驾驶飞船太空穿针

  140米,第三个停泊点,再次成为一个关键点位。万众瞩目的手控交会对接,将从这个点开始!

  无疑,这是让人屏息的一刻。这是我国航天员首次在太空真正意义上驾驶飞船,而且,还要准确无误地与飞船前方140米的天宫一号对接!

  140米,驾驶时速为7800米/秒的飞船与另一个时速同为7800米/秒的天宫交会对接,难度有多大?

  载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬形象地说:这就好比一场太空接力赛,前面高速飞奔的选手拿着绣花针,后面高速飞奔的选手要把一根丝线从针眼里穿过去,你说难度大不大?

  它直接考验着一名航天员的空间感、空间定向能力、协调能力,对飞行器方位、姿态快速判断能力,以及操作精准性、情绪稳定性、紧急处理问题的能力。黄伟芬说:地面上1500次的训练,某种意义上就是为了短短的这一刻。

  这一刻来了!如同司机开车,油门、刹车、方向盘全是一个人控制,驾驶飞船也是由一名航天员负责,他的方向盘是两个手柄,一个管平移,一个管姿态,控制着6个自由度12个方向的动态,速度不能太快也绝不能太慢;他的前车窗是一个人控TV,类似于一个取景框,取景框里有个十字靶标,用来实时观察判定天宫与飞船的相对姿态、相对位置和相对速度。

  与此同时,至少还有一名航天员也不能闲着,他将起到重要的辅助作用,不仅要观察一些仪表数据、帮助调节人控TV的宽窄视场,还要操作一些按键,输出一些指令,同时提醒监视驾驶员的操作

  30米,20米,10米人控TV里,前方的天宫扑面而来,越来越逼近十字靶标的中心点,最后,当天宫与那个中心点完全重合,对接就成功了。

  毫无疑问,这一刻紧张、刺激,进展快速而又悬念迭起,稍不留神,你也许便会在一片掌声和欢呼声中,错过那些注定要被反复回放的画面那是中国载人航天又一个注定要写进史册的时刻。

(来源:未知)

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