天宮上演太空芭蕾 天舟一號和天宮二號順利對接

2017-04-23 10:59?來源 綜合晨報

　　天宮上演太空芭蕾：2017年4月20日天舟一號發(fā)射成功，22日12時23分，天舟一號和天宮二號空間實(shí)驗室順利完成自動交會對接，高精度高難度的太空對接被稱為“太空芭蕾”。這是天宮二號自2016年9月15日發(fā)射入軌以來，首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會對接。

　　完美對接 不需要事先“找平”

　　在科技人員精確控制下，天舟一號貨運(yùn)飛船經(jīng)多次變軌，于22日10時02分轉(zhuǎn)入自助控制狀態(tài)，以自主導(dǎo)引控制方式向天宮二號空間實(shí)驗室逐步靠近。

　　經(jīng)北京航天飛行控制中心就對接準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行最終確認(rèn)，天舟一號開始向天宮二號緩緩靠攏。12時16分，天舟一號與天宮二號對接環(huán)接觸，在按程序順利完成一系列技術(shù)動作后，對接機(jī)構(gòu)鎖緊，兩個飛行器建立剛性連接，形成組合體。

　　到昨天，天宮二號在太空飛行已經(jīng)200多天了，去年10月19日，搭載著航天員景海鵬、陳冬的神舟十一號，與天宮二號成功交會對接，形成組合體，兩位航天員在這個組合體里，整整駐留了30天，創(chuàng)造了中國航天員太空駐留時間的新紀(jì)錄。

　　我國首艘貨運(yùn)飛船于20日晚在海南文昌發(fā)射場發(fā)射升空，開始執(zhí)行為期5個多月的太空飛行任務(wù)。任務(wù)中，貨運(yùn)飛船與天宮二號將實(shí)施三次交會對接，這在我國航天歷史上還是第一次。三次交會對接主要目的是驗證貨運(yùn)飛船的能力、繞飛至前向?qū)蛹夹g(shù)及自主快速交會對接技術(shù)。

　　天舟一號的交會對接能力，比它的神舟飛船兄弟們已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，已經(jīng)具備了360度相位差的交會對接能力，不同于以往神舟飛船和天宮目標(biāo)飛行器在對接前要先費(fèi)勁找平，本次天舟一號、天宮二號在飛行軌道的任意相位差條件下均可實(shí)現(xiàn)完美對接。

　　高速飛行 “大塊頭”溫柔擁抱堪稱太空芭蕾

　　如果把神舟八號載人飛船對接機(jī)構(gòu)稱為第一代對接機(jī)構(gòu)，那么天舟一號貨運(yùn)飛船對接機(jī)構(gòu)可稱為第二代產(chǎn)品，這次是第二代的首飛。

　　之前天宮與神舟的交會對接被媒體比喻為“在茫茫太空中穿針引線”，此次天舟一號身兼“太空加油”任務(wù)，對接精度更是提高一倍，保證不漏油。

　　不光要“對得上”，還要能“分得開”。就好像筆桿和筆帽的關(guān)系，筆帽卡太緊，有可能拔不下來。萬一出現(xiàn)這種狀況，對接機(jī)構(gòu)的分離推桿力能克服故障狀態(tài)下的力，使航天器正常分離。

　　此前，神舟飛船和天宮飛行器都是8噸級的航天器，二者的交會對接已經(jīng)是高難度動作。13噸級的“大塊頭”天舟一號以子彈飛行速度的8倍在軌飛行，要盡量溫柔地“擁抱”同樣高速飛行的天宮二號，難度可想而知。

　　而未來空間站建設(shè)中更將涉及8至180噸航天器各種方式的交會對接，要滿足這些“重量級”要求，升級對接機(jī)構(gòu)成為必然選擇。更大型航天器的交會對接將會產(chǎn)生巨大的對接能量，對于對接機(jī)構(gòu)的緩沖耗能能力提出了很高的要求。因此，中國航天科技集團(tuán)設(shè)計團(tuán)隊在第二代對接機(jī)構(gòu)上增加了用于緩沖撞擊能量的可控阻尼器，既不影響其原捕獲性能，又實(shí)現(xiàn)了對接機(jī)構(gòu)捕獲后的大噸位耗能需求。

　　高難動作 表演各種“太空芭蕾”

　　本次天舟一號新增加了星敏感器，將確保貨運(yùn)飛船交會對接過程中姿態(tài)更加精準(zhǔn)。由于貨運(yùn)飛船發(fā)動機(jī)的配置數(shù)量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次交會對接，實(shí)際上是對現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的又一次驗證。同時，這次交會對接還有一個比較顯著的特點(diǎn)，就是新研的光學(xué)成像敏感器首次在陽照區(qū)開展工作，這要求敏感器等設(shè)備，在已經(jīng)非常明亮刺眼的環(huán)境下找到標(biāo)識目標(biāo)，好比人們對著陽光看天上的景物，帶來的考驗比之前更難，這次試驗將檢驗我國交會對接“全天時”工作能力。

　　完成第一次交會對接不久，天舟一號和天宮二號將表演各種“太空芭蕾”，天宮二號轉(zhuǎn)體180度，天舟從天宮二號下方繞飛，同時轉(zhuǎn)體180度，加速趕到天宮一號前方，最終從“前”向與天宮二號進(jìn)行了第二次交會對接。繞飛，是一種高難度的太空動作，需要飛行器進(jìn)行多次變軌和姿態(tài)機(jī)動來完成。

　　在任務(wù)末期，科研人員還特別為天舟一號安排了一次“以快制勝”的交會對接試驗。同以往神舟飛船交會對接需要大約兩天時間相比，天舟一號將進(jìn)行快速交會對接試驗，將驗證從入軌到交會對接成功僅需要大約6.5個小時的系列支撐技術(shù)。

　　一船多用 40臺設(shè)備進(jìn)行13項實(shí)驗

　　天舟一號是一艘貨運(yùn)飛船，然而它的功能卻不僅僅局限于貨物的運(yùn)輸。此次天舟一號發(fā)射除了完成交會對接、為天宮二號空間實(shí)驗室補(bǔ)加燃料之外，它身上還攜帶了大量的實(shí)驗設(shè)備，在太空運(yùn)行期間要進(jìn)行多項實(shí)驗試驗。

　　此次天舟一號上總共搭載了40臺設(shè)備，要進(jìn)行13項太空實(shí)驗試驗，真正做到了一船多用。

　　將要在天舟一號上進(jìn)行的太空實(shí)驗，包括新型元器件在軌驗證，空間環(huán)境探測、力學(xué)環(huán)境測量，以及生命科學(xué)方面的實(shí)驗等涉及眾多領(lǐng)域。未來我國將要建設(shè)的空間站體積龐大，在太空運(yùn)行過程中難免會受到太空碎片的撞擊。

　　此前，天宮二號空間實(shí)驗室里因為有航天員駐留，可以展開各種各樣的太空實(shí)驗。而這次天舟一號上并沒有航天員，并且飛船最終將隕落大海，這么種類繁多的太空實(shí)驗到底是如何進(jìn)行的呢？設(shè)計師介紹，其實(shí)只要通過數(shù)據(jù)和影像的傳輸，科研人員在地面就可以全程監(jiān)控實(shí)驗進(jìn)展。

　　通過科研人員巧妙的設(shè)計，太空實(shí)驗設(shè)備可以裝在貨物艙內(nèi)部，也可以懸掛在船體外側(cè)，這樣既提高了空間利用率，也最大程度滿足了不同試驗的需求。

　　此外，天舟一號還干了一件重要的事，就是建立了一套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗設(shè)備與飛船相連的接口。這就好比一個人有手機(jī)、平板電腦等多臺電子設(shè)備，如果它們的數(shù)據(jù)接口不相同，就需要許多的數(shù)據(jù)線，如果所有電子設(shè)備接口統(tǒng)一了，那么只需要一根線就可以統(tǒng)統(tǒng)搞定。據(jù)介紹，在此后的空間站建設(shè)中，也將借鑒此類做法。

編輯： yujeu