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天宮一號與神舟八號首次對接成功 胡錦濤致電祝賀
文章來源:    作者:    發布時間:2011-12-13    瀏覽次數:

中國網訊 據北京航天飛行控制中心消息,從對接機構接觸開始,經過捕獲、緩沖、拉近、鎖緊4個步驟,“神舟八號”飛船與“天宮一號”目標飛器3日凌晨實現剛性連接,形成組合體,中國載人航天首次空間交會對接試驗獲得成功,正在法國出席20國集團峰會的胡錦濤同志專門發來賀電。

  “神舟八號”與“天宮一號”交會對接成功,為中國突破和掌握航天器空間交會對接關鍵技術,初步建立長期無人在軌運行、短期有人照料的載人空間試驗平臺,開展空間應用、空間科學實驗和技術試驗,以及建設載人空間站奠定基礎、積累經驗。

  中國首次空間交會對接于3日1點30分左右展開

  空間交會對接技術是指兩個航天器在空間軌道上會合并在結構上連成一個整體的技術??臻g交會對接技術包括空間交會對接軌道設計技術、軌道交會控制技術、對接機構設計技術、空間交會對接測控技術等。廣泛用于空間站、空間實驗室、空間通信和遙感平臺等大型空間設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。目前為止,只有美國和俄羅斯掌握完整的交會對接技術,歐洲的ATV和日本的HTV在交會對接技術方面分別得到了美國或俄羅斯的技術支持。

  中國首次交會對接為無人自動交會對接試驗,對接目標飛行器為天宮一號,追蹤飛行器為神舟八號飛船。

  9月29日發射升空的天宮一號,是全新研制的載人飛行器,全長10.4米,最大直徑3.35米,起飛質量約8.5噸,設計在軌壽命2年。由實驗艙和資源艙構成,實驗艙有效使用空間約15立方米,可滿足3名航天員在艙內工作和生活需要,前端安裝被動式對接機構,可與飛船實現對接。資源艙為空間飛行提供動力和能源。

  神舟八號飛為改進型載人飛船,沿用返回艙、推進艙和軌道艙三艙結構,全長9米,艙段最大直徑2.8米,起飛質量8082千克。增加了微波雷達、激光雷達、CCD敏感器等交會測量設備,以及主動式對接機構,具備自動和手動交會對接與分離功能。對接機構采用導向板內翻式的異體同構周邊式構型,對接后可形成0.8米的航天員轉移通道。

  交會對接全過程大致分為遠距離導引、自主控制、對接等三個階段。

  遠距離導引段是指飛船與運載火箭分離,到飛船遠距離導引終點這一飛行階段。主要飛控工作是通過5次軌道控制,使飛船在預定時刻到達天宮一號后下方約52公里處(遠距離導引終點),控制飛船與目飛行器建立相對導航。

  神八發射升空后進入到與天宮一號1萬公里的距離,之后便進入與天宮一號遠距離導引階段。地面對兩個飛行器的飛行軌道進行測量,讓兩個飛行器相對接近。地面人員根據兩個飛行器之間的軌道偏差來完成神八變軌,經過若干次的軌道修正,讓神八逐漸接近天宮一號。在相距約50公里時,神舟八號和天宮一號就能彼此通過敏感儀器和通訊設備尋找到對方,此時交會進入雙方自主控制階段,互相尋找、逐漸接近,這是交會對接最難的階段之一。

  自主控制段經歷尋的、接近和平移靠攏三個階段,神舟八號飛船自主導航控制到與天宮一號目標飛行器接觸,自主控制飛行過程約需兩個半小時。

  對接段是從兩目標對接機構接觸開始,到鎖緊這一飛行階段。對接段要完成接觸、捕獲、緩沖與校正、拉回和鎖緊等五個過程,最終實現兩飛行器剛性連接,形成組合體。

  詳解交會對接過程八大步驟

  交會對接包含兩個過程:一是交會,二是對接,兩個過程互相聯系。“神舟八號”和“天宮一號”在同一時刻以同樣的速度到達同一個地點順利交會,兩個飛行器的速度、位置、姿態、偏差等11個參數滿足對接的初始條件后,飛行器就將停止控制,讓它們根據慣性進行碰撞,整個對接過程一共大約需要十分鐘時間。對接過程分為八個步驟:

  第一步“相撞”。在慣性作用下,8噸重的“神舟八號”與8.6噸重的“天宮一號”以每秒0.2米左右的速度進行相撞,當“神舟八號”上的主動對接機構碰撞上“天宮一號”上的被動對接機構,對接過程正式開始。

  第二步“捕獲”。當“神舟八號”主動對接機構上的對接環,接到失衡傳感器發出對接指令信號后,6根滾珠絲桿就會向外推出200多毫米,對接環上安裝的3對捕獲鎖,撞到“天宮一號”被動對接機構相對應的卡板器,就會被牢牢卡住。

  第三步“緩沖”。“神舟八號”對接環受到撞擊后,將會通過一套傳動機構,聯向對接機構上的摩擦自動器和電磁阻尼器,分別吸收縱向和橫向的撞擊能量,進行緩沖。碰撞、捕獲、緩沖3個步驟共需要大約60秒時間。

  第四步“校正”。當“神舟八號”成功捕獲“天宮一號”并實施緩沖后,“神舟八號”對接環的6根滾珠絲桿繼續往外推至300毫米,同時對兩個航天器的姿態、位置和偏差等進行強行校準,校準時間約需80秒。

  第五步“拉近”。校準后,“神舟八號”對接環的6根滾珠絲桿緩緩收縮,將兩個飛行器“拉近”,這一過程約需240秒。

  第六步“拉緊”。“神舟八號”和“天宮一號”的對接面上,分別安裝了6組共12把對接鎖,每把對接鎖的拉力達3噸。當兩個飛行器被拉近后,兩個對接面的12把對接鎖一一相扣。

  第七步“密封”。兩個飛行器拉緊后,對接機構上的驅動電機將帶動鋼絲繩系統,將兩個連接器面上的密封圈壓縮,保持密封。

  第八步“剛性連接”。通過對接鎖使兩個連接器貼合,實現“剛性連接”,將兩個航天器組合成一體。拉緊、密封和剛性連接共需220秒。

  12天左右后擇機進行第二次交會對接

  組合體飛行段由天宮一號目標飛行器負責組合體飛行控制,神舟八號飛船處于??繝顟B。組合體飛行12天左右,將擇機進行第二次交會對接試驗。其主要過程為:對接機構解鎖,兩飛行器分離,神舟八號飛船撤離至相距天宮一號目標飛行器140米處停泊,按程序進行第二次交會對接,再次構成組合體。

  組合體繼續飛行2天后,進入分離撤離段,兩飛行器再次分離,飛船撤離至距目標飛行器5公里以外的安全距離,交會對接試驗結束。此后,神舟八號飛船返回艙返回地面;天宮一號目標飛行器變軌至自主飛行軌道,轉入長期運行管理。

  為防止碰撞設計兩種主動安全模式

  空間飛行器交會對接是航天領域公認的技術難關,風險很大,兩個高速飛行的航天器在空間軌道上準確會合,精度要控制在十幾個厘米之內,其難度和風險可想而知。針對不同類型的故障,設計了各種安全模式,以應對預案外的故障。比如為防止兩飛行器碰撞,設計了飛船撤退和撤離兩種主動安全模式。同時,設置了安全控制點,制定了安全判據,以此有效控制風險。

  航天員訓練手控交會對接技術

  按照工程交會對接階段的任務規劃,這次神舟八號為無人飛行,2012年將進行神舟九號、十號飛船與天宮一號的交會對接試驗,至少有一次是載人飛行。

  神舟八號飛船與神九、神十一樣都是按照載人狀態設計的,但神八飛船增加配置了兩類設備,一種是圖像記錄設備,它將把這次交會對接過程記錄下來,這對于航天員地面訓練將會很有幫助;另一種是力學參數測量設備,它將把這次飛船飛行過程的各種力學參數記錄下來,這對于評價飛船的載人力學環境是很有意義的??傮w上講,通過這次飛行,可以驗證改進后的飛船能否適應載人航天飛行的要求。明年神九是否載人要對此次發射進行評估后確定。

  同時,天宮一號也已經為航天員進駐工作生活做好了充分的準備,比如天宮一號上已經裝載了航天員太空鍛煉設備,以及醫學監測和健康維護設備。

  目前,執行交會對接任務的航天員乘組已完成了初步選拔,包括2名女航天員在內的航天員乘組,正在按計劃開展交會對接任務訓練,訓練的重點是航天員手控交會對接技術。
 

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