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神九騰空在即,天宮一號與神舟九號載人交會對接任務的發射場系統總指揮崔吉俊表示,此次載人交會對接任務將實現4個首次,分別是航天員首次實施手控交會對接、航天員首次進入天宮一號駐留,首次有女航天員飛行,首次進行多天載人飛行。其中神九航天員將首次實施手控神舟九號與天宮一號的交會對接成為人們最為關注的熱點之一。
一問:為何要手控
空間交會對接技術廣泛用於空間站、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,它與載人天地往返、出艙活動並稱為載人航天三大基本技術,不突破和掌握空間交會對接技術,建設空間實驗室、空間站的設想,都只能是空中樓閣。
2011年,我國發射神舟八號和天宮一號進行交會對接,掌握了無人自控交會對接技術。據專家介紹,我國此次載人交會對接最主要的目的就是要掌握航天員手控對接技術。
中國航天科技集團所屬空間技術研究院研究員龐之浩介紹,我國『神舟』系列飛船分為三種狀態,初期試驗技術狀態、出艙活動試驗技術狀態和天地往返運輸器技術狀態。從神舟八號開始,我國飛船就基本定型,是能交會對接的天地往返運輸器,以後的『神舟』系列飛船也都采用這種技術狀態,在軌道艙的前端安裝了用於交會的測量、運動控制等設備和對接用的機構。飛船定型後,其外形、結構、控制服務系統和數據傳輸等基本要素都將保持不變。但每艘飛船要根據不同任務需求做細節改動。
雖然去年發射的神舟八號沒有載人,但卻是按照載人飛船設計的,與神舟九號基本相同。不同點在於,此次神舟九號由航天員來控制。
二問:對接如何實現
自控和手控交會對接的過程在遠距離時基本相同,追蹤航天器與目標航天器相距1萬公裡到100公裡時,是地面導引階段;在相距100公裡到100米時,是自控尋的階段,追蹤飛行器和目標飛行器通過測量設備相互『捕獲』;兩個航天器相距100米至1米時,則進入了最終的逼近階段,速度要控制在每秒3米到1米,此時,人的手控動作開始,進入手控交會對接。
手控方式對航天員操作負荷的要求大大增加,還要受到航天環境,尤其是光線的影響,外面照射得不清楚或者太刺眼,航天員在艙內看到的情況都會受影響。就像通過電視看室外足球比賽一樣,轉播的清晰度會受現場的室外環境影響。航天員要通過艙內的顯示屏觀察艙外對接情況的『直播』,對接時要有一定光照,但光線還不能太強,外面照射得不清楚或者太刺眼,航天員在艙內看到的情況都會受影響。
在這個過程中,航天員要通過顯示屏和測量設備及時掌握兩個飛行器之間的姿態和相對速度,通過控制手柄不斷修正,使兩個航天器逐漸逼近,通過觀察顯示屏上的十字靶標對准以及攝像機、標志燈等設備查看是否對准,直到對接完成,最終對接合龍的速度是每秒0.2米。在這個關鍵的過程中,允許有一定誤差,也就是兩個航天器的相互錯位,但不能超過18厘米。
若手控交會對接失敗,最壞情況就是『追尾』與『剎車』失靈,若交會對接過程中『追尾』,有可能航天器就要被撞壞,不過手控對接中發生『追尾』的概率非常低,就像開車一樣,『司機』發現一旦要撞上,就可立即『剎車』,若遇到『剎車』失靈,同樣也非常危險,因此交會對接設備都有多套應急設備保障,關鍵設備要備份。
三問:成功率多高
交會對接要讓兩個八噸重的飛行器在茫茫太空中以比子彈還快數倍的速度飛行,完成無縫對接,難度好比『穿針引線』,絕對是個『精細活』,而用人來掌控整個過程會有怎樣的優勢呢?
據統計,從1966年3月16日美國『雙子星座』8號飛船與『阿金納』目標飛行器完成世界上首次載人手動交會對接開始,迄今為止,美俄共進行了300多次交會對接,美國以手控為主,曾失敗過2次,俄羅斯以自控為主,失敗過15次,相比之下,手控交會對接的成功率更高,原因是出現故障時航天員可以隨機應變。
自控交會對接也有優點,一則比較省事,適合載人航天器和無人航天器,規避了人員操作的失誤,不需要考慮航天員的安全和救生系統。但可靠性和靈活性沒有手控高,出現突發情況不好處理,設備更為復雜,對地面支持的要求也更高。
本報記者曹紅艷任意綜合報道