神舟九号对接天宫一号

时间:2022-06-08 08:55:15

2012年6月18日17时许,中国航天员景海鹏开启天宫一号实验舱舱门。随后进入的刘旺、女航天员刘洋,同景海鹏一起面对摄像机微笑挥手致意。三名航天员将在天宫一号驻留6天,开展多项空间科学实验和技术试验活动。

天宫一号是中国首个空间实验室

天宫一号是中国第一个目标飞行器,于2011年9月29日21时16分3秒在酒泉卫星发射中心发射,飞行器全长10.4米,最大直径3.35米,由实验舱和资源舱构成。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。2011年11月3日凌晨顺利实现与神舟八号飞船的对接任务。2012年6月18日与神舟九号对接成功。按照计划神舟十号飞船将在接下来的时间里与天宫一号完成有人控制交会对接任务。

首次进行手动交会对接

3名航天员将首次在太空进行手动交会对接。北大地球与空间科学学院专家称:“手动对接成功率比自动对接要高,但对航天员考验更大。” 去年关注我国首次无人交会对接任务的人们,一定对这个步步惊心的过程并不陌生。在这个过程中,航天员要通过显示屏和测量设备及时掌握两个飞行器之间的姿态和相对速度,通过控制手柄不断修正,使两个航天器逐渐逼近,通过观察显示屏上的十字靶标对准,以及摄像机、标志灯等设备查看是否对准,直到对接完成,最终对接合拢的速度是每秒0.2米。目前,天宫一号与神舟九号载人交会对接任务各项准备工作进展顺利。

中国不可或缺的太空绝技

空间交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术,是实现航天站、航天飞机、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。空间交会对接是除了载人航天器的发射并返回技术、空间出舱活动技术之外,载人航天的三大基本技术之一。空间交互对接大体可分为手动和自动两种方式。

为了长期应用载人航天技术,必须建立能在宇宙中长期驻留的平台,其中最常用的是空间站。由于空间站的结构复杂,不可能将所有设备和人员靠运载火箭一次性发射升空,必须把大型航天器分成多个模块,逐步送上去,再通过交会对接,组成大型空间站。因此,交会对接成为空间站发射与维护的必要步骤。只有突破这项关键技术,才能建起真正的空间站,才能开展正常的科学实验和设备维护。

在实施空间交会对接的2个航天器中,一个称目标飞行器,一般是空间站或其他的大型航天器,作为准备对接的目标,交会对接时保持稳定状态;另一个称追踪飞行器,一般是地面发射的宇宙飞船、航天飞机等,交会对接时要通过变轨来追赶目标飞行器,实现两者的交会对接。

一般是首先由地面发射追踪航天器,由地面控制,使它按比目标航天器稍微低一点的圆轨道运行;接着,通过霍曼变轨,使其进入与目标航天器高度基本一致的轨道,并与目标航天器建立通信关系;接着,追踪航天器调整自己与目标航天器的相对距离和姿态,向目标航天器靠近;最后当两个航天器的距离为零时,完成对接合拢操作,结束对接过程。

突飞猛进的中国仍然是个新手

迄今为止,全世界共计进行了300多次空间交会对接活动,但在2011年前只有美国和苏联/俄罗斯掌握完整的空间交会对接技术。欧洲和日本则分别得到了美国或俄罗斯的技术支持。二者在飞行任务中均需要美国和俄罗斯的数据中继卫星系统支持。2011年11月3日凌晨,中国“天宫1号”和神舟8号“深情一吻”成功,中国成为世界上第三个完整掌握这一技术的国家。

应该说,神舟八号先后两次与天宫一号进行了不同光照条件下的自动交会对接,不仅再次验证交会对接技术及对接机构等部件工作的可靠性与稳定性,进一步考核对接机构的重复使用性能,还检验了不同环境下的交会对接技术,从而使中国基本掌握了全天时自动交会对接技术,高效经济地增加了交会对接的经验。

不过,全面掌握空间交会对接技术的道路还很长。2012年,中国将发射神舟九号和十号飞船,目的是掌握手动交会对接技术。自动交会对接比较省事,但成功率没有手动交会对接高,所以这两个技术都必须掌握。今后,中国还要掌握货运飞船的交会对接技术、空间站各舱段的交会对接技术、两艘飞船与空间站对接在一起的技术,最终将把3个舱、2艘飞船都对接在一起。

太空中穿针引线

交会对接实际上分为交会和对接两个过程。从技术上来说,交会对接难度比神七时候的航天员出舱难度大。打个比喻,有点像在太空穿针。在每小时约2.8万公里的速度下,如果控制不准,就可能发生航天器相撞事故。下面我们以神八和天宫一号的对接过程来揭秘自动交会对接的过程。毫厘之差便会相撞 导致前功尽弃。交会对接是一项十分危险的太空工程,试想下,让两个时速每小时2.8万公里的庞然大物,严丝合缝的结合在一起,难度会有多大。

自动省人力且安全,但须地面和卫星支持,花费巨大:用自动控制来完成空间交会对接,虽然不需考虑人员的安全和救生问题,但需要分布很广的地面站或中继卫星,花费巨大。如今美国多采用手动控制,而俄罗斯仍倾向采用自动控制。这是因为俄罗斯横跨欧亚大陆,因此可以满足自动控制中地面站数量的要求,美国则达不到这样的条件。而且自动交会对接,需要消耗宝贵的燃料,应对突况能力较弱。

手动成功率高,但工作时间长劳动强度大,还会受到环境条件限制:用手动控制来完成空间交会对接成功率高,而且在自动对接失败后,手动对接可以作为有效补充,而且使用人力节省了宝贵的太空燃料,但缺点是工作时间长,从几个小时到几天,而且劳动强度很大,此外还受空间环境条件(如光照)的严格限制等。未来的趋势是人工控制和自动控制相结合,以提高交会对接的灵活性、可靠性和成功率。

专家表示,中国要想完全掌握交会对接技术,神九载人与天宫一号的手动交会对接将是至关重要的。

手动对接“三步走”

神舟九号飞船与天宫一号的手动交会对接过程跟自动对接过程完全相同,只不过是在最后的对接过程中采用人工操作的额方式。神舟九号飞船发射入轨,船箭分离飞行2天后与天宫一号目标飞行器实现自动交会对接对接,形成组合体。在组合体飞行第6天,开始本次神九的核心任务之一:手动交会对接实验。手动交会对接的过程大致可分为以下三个阶段:

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