218号元素:神八天宫对接堪比太空穿针引线 已在地面试验1101次

2011年11月01日 14:55
来源：法制晚报
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今晨5时58分，“神舟八号”飞船顺利升空。再过40多个小时，它将与“天宫一号”进行第一次对接。航天专家预计，对接时间约在2日深夜或者3日凌晨。
目前，飞船进入近地点约200公里、远地点约330公里的初始轨道，与“天宫一号”尚有1万公里左右的距离。经过5次变轨后，飞船将从初始轨道转移到高度约330公里的近圆轨道，在“天宫一号”后下方约52公里处开始与其建立通信，进入自主导航，准备交会对接。
专家透露，两天后的对接，其实全看“神八”对接口上4只插座，与“天宫一号”对接口上4只电连接器的对接。
据了解，此次“敖包相会”要经过四大步骤。对接成功后，组合体在太空中还要经受原子氧等空间环境的考验。
揭秘·数字
对接前 地面已进行1101次试验
在太空将两个航天器对接起来形成一个“组合航天器”的对接技术，是人类载人航天活动的一项关键技术。目前，世界载人航天领域使用的对接机构有两大类：一类是美国航天飞机的“异体同构周边”式对接机构，另一类是俄罗斯和欧空局ATV飞船上的“锥—杆”式对接机构。
上海航天技术研究院研究员、交会对接大型地面试验系统原负责人陶建中介绍，对接机构在我国是一项全新技术，许多问题都是以前从未遇到的，其中最主要的技术难点有四个方面。
一是如何保证两个飞行器相撞时“不撞坏、不弹开”，软硬适度；二是如何保证很多相互矛盾的动作（如推拉、合分等）组合在一起具有高可靠度；三是许多复杂的产品要协调安装于周边，中间留出人孔通道，如何实现系统集成；四是如何在地面充分试验、模拟天上微重力情况下的对接分离过程。
针对对接机构的技术难点，上海航天技术研究院805所的研制队伍进行了长达16年的科技攻关，在仿真先行、高可靠的设计技术、集成技术和地面模拟等关键技术上，一一取得了突破，目前已成功申报20多项专利。
对接机构在“上天”之前，已经在地面上进行1101次对接试验、647次分离试验。
揭秘·技术
神八对接天宫 相当于尘埃碰撞
中国工程院院士、中国载人航天飞船原总设计师、现任中国航天科技集团公司五院飞船总设计师技术顾问戚发轫解释，两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达太空同一位置的过程称为交会；对接则是在交会的基础上，通过专门的对接机构将两个航天器连接成一个整体。
通俗地讲，我国此次交会对接任务的实质就是：“天宫一号”以8公里/秒的速度在飞，“神舟八号”追上去，“天宫一号”对接口的4只直径为3.8厘米的电连接器的插头，必须在准确的时间内完成与“神八”对接口上4只插座的对接，无异于尘埃与尘埃的“碰撞”。
太空“穿针引线” 是个技术活
两者连接在一起，不仅严丝合缝，还要把液、电、气通上，收到“对得上，分得开”的效果。曾有专家说，这就好像上面放了一根针，底下用一根线，差了几百公里，最后要拿那个线去穿过那个针眼，非常困难。
这看似简单的对接成功，使得“神八”与“天宫一号”合二为一，成为名副其实的空间站。小小的电连接器肩负着牵一发而动全身，打造空间站“生命通道”的使命。因此，有人将这种电连接器比喻为“红娘”、“脐带”，还有人把它比喻为“桥梁”和“经络”。
在此之前，美、俄两国已掌握了这项技术，并多次进行航天器空间交会对接，其对接形式也多种多样。但美国和前苏联早期在实施航天器交会对接任务时，都有故障发生，造成任务失败，甚至导致航天员伤亡。
记者在现场
最美烟花绽放
记者在到酒泉卫星发射中心采访之前，听说发射成功之后，工作人员会在航天城里放烟花。
9月29日，天宫一号发射成功之际，烟花并没有如约而至时，记者心里充满了疑问。
然而，今天，在神八发射成功之后，记者们从发射场区撤回的途中，毫无征兆地，漫天的烟花在东风礼堂的顶层绽放开来。
记者们本来都匆匆忙忙地要赶回去发稿，美丽的烟花却拦住了大家的脚步。
神八发射成功，酒泉卫星发射中心承担的最重要任务如期完成，在宣布神八发射成功消息的那一刻，烟花应声而响。
揭秘·步骤
四大步骤完成“敖包相会”
如果把首次交会对接任务比做是一场“太空大戏”，那么“神舟八号”与“天宫一号”的对接无疑是此次演出的高潮。要想让两个重达8吨的“庞然大物”在距离地球350公里外的太空中实现完美对接，就不能不提到飞行过程中的精确控制。中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东用形象的语言模拟出了“神舟八号”与“天宫一号”进行对接的全过程。
在合适的窗口时期发射天宫一号目标飞行器后，“天宫一号”将在太空中等待随后发射的“神舟八号”。在飞船发射前的21天，在太空中遨游的“天宫一号”将进行降轨，并在对接前3天左右的时间，做好相应准备工作，静候对接的“最佳时刻”。这时候，“天宫一号”和“神舟八号”即将在太空中完成4项“准备动作”。
首先要进行的是“降轨调相”步骤。“天宫一号”的飞行姿态和准备对接的姿态是不一样的，在即将对接前，“天宫一号”需要利用大气衰减的力量来降低轨道，从飞行状态“转换”成对接状态，等待飞船的到来。
其次要进行“地面导引”控制，由地面控制系统对飞船进行姿态调整，使得飞船能够满足自主控制的条件。
第三个步骤至关重要，“神舟八号”飞船进入自主控制阶段，不断接近“天宫一号”，满足初始对接条件，飞船要选择4个停泊点来进行交会对接准备，而其中最重要的是要在距离“天宫一号”140米处测试对接机构传感器，从而确定飞船的对接状态是否已经到位。
最后一步就是对接，对接机构按照捕获、缓冲、拉近、锁紧四个阶段，完成“神舟八号”与“天宫一号”的对接。
值得一提的是，成功实施对接后，飞船还需要与目标飞行器分开。为了确保万无一失，设计人员分别在“神舟八号”和“天宫一号”的对接机构上安置了火工装置，确保如果出现故障，“神舟八号”与“天宫一号”能够顺利分离返回地面。
组合体将经受太空环境考验
“神舟八号”与“天宫一号”进行对接后，将在太空中以“组合体”的方式运行。“这是中国航天从来没有遇到过的，‘组合体飞行’不仅体积大，而且很难控制。如何使组合体以规定的姿态运行很困难，这将给姿态控制和轨道控制带来很大难度。”童旭东告诉记者。
除了“组合体飞行”外，首次交会对接任务将面临“低轨道、长寿命”的考验。“以前载人航天飞行一般都会几天内结束飞行，返回地面。而交会对接任务将持续两年，‘天宫一号’要在太空中飞行两年的时间，这将给控制带来不小的压力。”童旭东告诉记者，由于低轨运行，将会经受原子氧、大气阻力、地球磁场等一系列环境考验，这将对飞行器可靠性带来一定的难度。
揭秘·飞控
“天宫一号”将当飞行“小组长”
在交会对接任务中，“天宫一号”目标飞行器扮演着一个引导者和指挥管理者的角色，就像一个团队中的“班组长”，始终掌控着工作进度和进展。
当“神舟八号”飞船进入预定轨道，并开始搜寻和探索“天宫一号”的倩影之时，“天宫一号”就会相应地向对方提供引导信号，告诉对方“我在这里”，并始终给追踪飞行器提供引导信息。
等到双方终于“敖包相会”，实现对接后，“神舟八号”飞船就将“大权”上交，安心地停靠在“天宫一号”身边，按照其指令和控制来飞行。这时，“天宫一号”就义不容辞地承担起了“班组长”的职责，不仅要控制好自己，还要照顾并控制好“神舟八号”的状态，也就是突破组合体控制技术。
“完成组合体的控制和管理，并非易事。以前卫星也好、飞船也好，都是自己管自己，而现在‘天宫’却不能再独善其身。”中国航天科技集团公司五院天宫一号目标飞行器总设计师张柏楠解释道。
对接完成后，“天宫一号”要为“神舟八号”飞船供电，起码满足500瓦的供电能力，以补充飞船能源不足的问题，这同时也是对将来空间站整个能源系统统一调配、统一管理技术进行试验验证。
整个组合体的姿态和轨道也都要由“天宫一号”来统一控制，控制重量翻了一番，等于从轻装上阵到负重前行，无论是指令还是遥测，双方都要重新适应。
本版文/记者 李莎莎 郭媛丹
通讯员 谯胜海 
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