首页 > 独家策划 > 正文

"太空之吻"里的中国科技:载人航天"黑科技"交会对接

2016-10-22 21:46:40

来源:新华网

分享到:

                                           神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。

  交会对接,这个词听起来简单,其实是航天领域一项非常厉害的“黑科技”。想不想跟我们一起来了解,到底什么是交会对接,交会对接有哪些步骤,天宫二号与神舟十一号在天穹之上的一个“吻”,背后有怎样精巧的计算和演练?

  出发也要精确到分秒,5分钟内快速计算、准确定位

  飞船在近地轨道上以7.9km/秒的速度嗖嗖飞着,需要什么样的提前准备和仔细运算,才能实现“太空之吻”?

  走对正确的路,才能遇到正确的那个她。两个航天器要想实现交会对接,首先要进入到各自的交会对接轨道上。

  9月15日,天宫二号空间实验室先一步出门,在酒泉卫星发射中心发射成功,进入预定的交会对接轨道。

  那么神舟十一号啥时候出发呢?要想在太空邂逅天宫二号,神舟飞船在发射时就要和天宫二号处于同一个轨道面上。地面飞控人员经过精心计算和模拟,终于选定:10月17日早上7时30分,神舟十一号准时追出家门,发射!

  出了家门,还要变轨,才能进入交会对接轨道。怎么实现变轨?轨道工程师从海量数据中快速甄别出误差率最小的数据源,在5分钟内计算出当前的轨道参数,准确定位目标飞船。在确定飞船精确位置之后,预报岗位的科技人员还要建立精确的预报模型和参数,计算出飞船未来每一秒钟的位置。

  经历了发射、变轨等步骤,神舟十一号终于进入交会对接轨道了。前方,就是心爱的那个“她”了。

  几百公里外的穿针引线,国际公认难题交会对接技术

  接下来,才是“约会”最关键的步骤——交会对接阶段。

  什么是交会对接?就是指太空中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。

  这个技术有多难?想象一下,在几百公里外的茫茫外天空,有两个小小的航天器,通过地面遥控把它们连成一体,无异于“穿针引线”。这个技术号称载人航天三大基本技术之一,是国际公认的技术难题,目前只有三个国家掌握完整的交会对接技术——美国、俄罗斯,还有就是中国。我们已经在太空里玩了七次“穿针引线”,全都成功了。这次又玩出新高度——天宫二号与神舟十一号交会对接的轨道比以前高了50公里,与未来我国空间站运行的轨道高度基本相同。

  以下就来看看咱们的科学家“红娘”,是怎么给两个小伙伴“穿针引线”的。

  主动捕获、火眼金睛、身手敏捷:两个航天器离得太远,谁也看不到谁,怎么办?这就需要地面人员根据地面与中继卫星的测量结果来控制飞船变轨。靠近一点,再靠近一点……终于,期盼已久的曼妙身影出现在视线中,飞船看到天宫二号了!

  见了面,你望着我、我望着你,该谁主动上前呢?在以前的太空约会中,一般都是“天宫”主动一些,在相距大概120米的时候,“天宫”的交会测量设备主动发光,供神舟飞船测量成像。不过这次碰上了神舟十一号——一个与众不同的勇敢男生,变被动为主动,主动发光,让天宫二号来“反射”,神舟十一号主动捕获天宫二号。这样有好处,飞船获得的图像更清晰、更利于对接,同时延长了天宫二号使用寿命。

  可是,在情况复杂的外太空,怎么才能提高捕获的精准度呢?这次,神舟飞船升级了自己的“火眼金睛”,使用了新一代光学成像敏感器CRDS,太阳杂光抑制能力、识别目标敏感度大幅提升,即便是在光照强烈、光线条件复杂的阳照区也能在几百毫秒内准确地捕获目标。所以不怕,神舟十一号飞船与天宫二号具备全天候交会对接能力,无论何时何地,总能捉住你。

  “在太空中即便是被一只蚂蚁踢了一脚,也可能让你转很多圈”,在太空中很微小的力量都可能对整船的飞行姿态带来很大影响,飞船又怎么控制自己的飞行姿态呢?这就要求推力非常精确。在交会对接过程中,神舟十一号上的姿控发动机特别是平移发动机的推进精度,很大程度上影响着交会对接能不能成功。为此,工作人员在地面做了大量实验,以确保系统参数与设计保持一致。咱们的神舟十一号绝对“身手敏捷”。

  大量模拟运算、自主引导控制:有着火眼金睛,又身手敏捷,万事俱备了,接下来就要完成对接了。

  近伊情更怯,原先一路匆匆恨不得立即相见,现在却慢下了脚步。两个航天器的相对速度从之前的每秒7.9公里降到了每秒0.2米。

  神舟十一号怎么慢慢靠近心仪的天宫二号?——靠着自主引导控制技术来到5公里之外。然后在“刹”了4次车之后,终于只剩30米的距离了。神舟十一号这时果断出手,伸出捕获锁,卡在天宫的卡板器里,和天宫就建立了初步的连接。用于交会对接的对接机构也是一个“黑科技”,它采用异体同构周边式构造,是目前我国航天器上最复杂的机电液一体化机构,历经16年才研制而成。

  之后,捕获、缓冲、拉近、锁紧……神舟十一号与天宫二号成功实现自动交会对接,“太空之吻”圆满完成。

  这么难的任务,完成得如此顺利是运气吗?可别忘了,天上的瞬间一“吻”,靠的是地上无数次模拟仿真。为了让对接一次成功,北京航天飞行控制中心采用了高精度的动力学模型,不仅在任务规划阶段进行了大运算量的轨道模拟仿真,在远距离导引段进行时间敏感的高强度轨道计算,有效提高了测定轨精度,满足交会对接的需求。

  对接完成,两个航天器连接形成组合体飞行。约会的时候男生主动,在一起以后往往就是女生说的算了。组合体飞行时,天宫二号就成为这个“新组合”的主导者,掌握起所有控制权。

  30天繁忙实验创历史之最,为未来空间站建设铺路

  “太空之吻”上演之后,又会发生什么?交会对接约3个小时后,景海鹏打开天宫二号的舱门,和陈冬先后进入空间实验室。之后的30天,天宫二号既是他们在太空中的家,也是最繁忙的空间实验室,各类空间实验和试验项目创历次载人航天任务之最。

  天宫二号和神舟十一号会一直这样拥抱下去吗?11月,组合体结束载人飞行后,将实施分离。天下没有不散的筵席,只要能完成这次的任务就行——对空间站运行轨道的交会对接和载人飞船返回、航天员太空中期驻留等进行验证,为未来空间站建设铺路。

  这一幕“太空之吻”,浪漫了天穹,感动了国人,也证明了中国的强大科技。在这成功交会的背后,还有太多幕后英雄,感谢他们的辛劳付出。科技兴则民族兴,科技强则国家强,祖国的尖端科技蒸蒸日上,我们又如何不自信呢?

精彩推荐