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6月18日拍攝的北京航天飛控中心大屏幕顯示的航天員景海鵬、劉旺、劉洋在天宮一號實驗艙內的畫面。
『感覺良好!』18日17時07分,當順利從飛船進入天宮一號的航天員景海鵬向地面發出報告時,神舟九號飛船和天宮一號組成的組合體已平穩飛行近3個小時。
這是中國航天員首次進入在軌運行的航天器,標志著中國載人航天飛行由驗證性飛行試驗完全過渡到『真正有人參與的空間飛行試驗』。
景海鵬、劉旺、劉洋仿佛靈活的魚,先後順利通過對接通道『游』進天宮一號。這艙門間的穿越,實現了中國載人航天的又一次歷史性跨越。
16日發射的神九飛船進入預定軌道後,經過4次變軌,於18日中午抵達距天宮一號後下方52公裡處,彼此建立穩定的空空通信鏈路,開始自主導航。
400米、140米……飛船在距離天宮一號30米停泊點進行最後一次停泊後,以0.2米/秒的相對速度緩緩接近天宮一號。兩個飛行器上的對接機構先後完成捕獲、緩衝、拉近和鎖緊,獨自在太空等待了215天的天宮一號與載客前來的神舟九號穩穩地連接在了一起。
記者在北京飛控中心大屏幕上看到,景海鵬先是順利地打開飛船軌道艙前艙門,然後在劉旺、劉洋幫助下,進入直徑為不到1米的對接通道,稍作停留後熟練地打開了天宮一號艙門。
這時,一個嶄新的空間呈現在了航天員面前。
航天員通過對接通道進入天宮的動作,就像是在游泳,藍色的艙內工作服使他們看上去宛若漂游在大海中的『藍鯨』。
進入新『家』的3位航天員顯得十分興奮,失去重力的他們,相互扶持著在攝像機鏡頭前向收看電視直播的億萬觀眾揮手致意。
圓夢天宮。中國載人航天工程航天員系統總指揮陳善廣用『如夢如幻,如詩如畫』評價3位航天員的表現。
『對航天員的真正考驗,將是6天後的手動控制交會對接。』中國載人航天工程總設計師周建平說,『如果能夠順利實施,意味著中國完全掌握了空間交會對接技術,表明我們具備向在軌運行航天器進行人員運送和物資補給的完整能力。』
在未來組合體『牽手』飛行的10多天裡,3位航天員除返回飛船軌道艙就餐外,將在『天宮』中進行科學實驗、技術試驗、鍛煉和休息。
作為建立空間站的關鍵技術,神舟八號於2011年11月成功完成與天宮一號的首次自動交會對接。『15立方米空間的天宮一號還只是航天員的臨時住所,待到8年之後建造更大的空間站,中國航天員將會在太空中真正擁有長期居住的家園。』周建平說。
北京飛控中心精控妙測
神舟九號減少一次變軌
由於科技人員的精測妙控,神舟九號飛船在與天宮一號交會對接前原定實施5次變軌,實際只實施4次就被准確導引至天宮一號後下方52公裡處的交會對接入口。
據北京航天飛行控制中心研究員唐歌實介紹,中心通過精密定軌和精確的軌控效果標定,研究分析認為第5圈和第19圈軌道控制將對軌道面產生一個固定偏差,因此可以利用這個偏差,來替代第13圈的軌道面修正,從而取消原來設計的軌道面修正控制,將原來設計的5次變軌減為4次,在簡化飛行控制操作的同時,也提高了航天員和飛行控制的安全性和可靠性。
解讀神九任務
航天員飛行手冊
在神舟九號飛船發射過程中,人們通過電視屏幕,看到3位航天員一直注視著手中的飛行手冊。
飛行手冊是什麼?是誰設計的?有哪些作用?帶著疑問,記者采訪了航天員系統總體室副主任陳欣。
陳欣介紹,飛行手冊可以說是航天員的行動指南,融匯了工程總體以及各大系統對飛行乘組的要求。
神九任務飛行手冊共計6類8冊,包括正常飛行手冊、交會對接手冊、飛船應急與故障處理手冊、目標飛行器應急與故障處置手冊、飛船操作指南(上、下)、目標飛行器操作指南(上、下)。神九任務飛行手冊由航天員系統總體室負責研制。
航天員的行動指南
神九與天宮一號自動交會對接
和神八對接有四個不同
北京航天飛行控制中心副主任麻永平18日在接受新華社記者采訪時,詳細介紹了神九與天宮一號自動交會對接和神八對接的四個不同點。
——飛船手動控制系統首次加電。這是神九飛船與天宮一號自動交會對接的一項重要備份手段。在自動交會對接過程中,如果出現異常情況,可以由航天員實施手動對接或撤離。——對接在陽照區進行。神九飛船從400米停泊點到對接接觸全過程均在陽照區內進行。——航天員首次進入天宮一號。這次任務中,神九飛船將與天宮一號實現空間連通;航天員將首次進入在軌的天宮一號駐留,並開展空間科學應用與試驗。——應急手段進一步完善。與首次無人交會對接任務相比,增加了50多種應急交會對接模式,進一步提高應急情況下成功實施自動對接的可靠性。
關鍵節點一目了然
航天員在太空飛行中,可能會面對各種各樣的飛行狀況,包括正常飛行、應急處置以及故障處置,在13天的飛行中,航天員需要充分高效運用近千頁的飛行手冊。
如何做到既滿足航天員的使用需求,又符合工程各分系統的技術要求,航天員系統總體室在研制手冊的過程中,采用不同的字體和顏色塊,將正常飛行程序、注意事項和重要步驟等環節區分開來。此外,在編輯過程中,還廣泛征求航天員意見,充分吸取以往飛行經驗,保證了飛行手冊的科學性和可靠性。
陳欣說,研制手冊就像是炒一盤菜,前提是把大家提供的主料配料都要放進去,然後這盤菜怎麼下料,最後怎麼出鍋,那都是要經過大廚仔細考慮的。
『現代嫦娥』向世界展示『中國魅力』
繼16日成功赴太空『約會』,神舟九號18日與天宮一號順利『擁吻』,成功實現了中國首次載人交會對接。此舉是中國載人航天事業實力的最新展示,受到世界各國媒體的高度關注和贊譽。
『雄心勃勃』『了不起的一步』『裡程碑意義』『多個第一』『航天大國』……成為國際媒體和專家評論中國此次航天任務的關鍵詞。
國際媒體和專家紛紛將之形容為中國探索太空計劃的『最新舉措』,認為這是中國太空實力的『最新展示』,將使中國朝著在2020年建成太空站的目標又邁進一步,推動中國進入空間科學時代。
對於中國這一太空探索的新裡程碑,英美媒體給予高度評價。英國廣播公司認為,這次載人交會對接成功代表著中國航天史的多個『首次突破』,即首次載人空間交會對接、首次實施手動交會對接、航天員首次進入天宮一號停留、首次有女航天員飛行、首次實現十餘日載人飛行等。美國《洛杉磯時報》說,『神九』與『天宮』交會對接是重大突破,標志中國進入了過去只包括美國和俄羅斯的自主航天『頂級俱樂部』。
首位登陸太空的女航天員劉洋此次成為外媒關注的焦點人物,被稱為『現代嫦娥』。特別是她在成功對接後的嫣然一笑,向世人展示了非凡的東方魅力,打動了無數地球觀眾。其實,『現代嫦娥』還代表了神舟九號以及整個中國載人航天事業,中國航天發展進程更像是一部現代版的嫦娥奔月故事。
在神九任務過程中,航天員需要在太空工作、生活13天,在這13天裡,航天員的每一個操作程序都可以在飛行手冊中查到,其中包括各種意外情況的處置程序。
陳欣介紹說,我們把故障類問題寫在應急與故障類手冊中,還畫了流程圖,遇到故障該怎麼處置,手冊裡清清楚楚。
各種情況從容應對
解讀一
打開『天宮』之門
從神舟九號對接上天宮一號到航天員進入『天宮』,時間近3個小時。通往『天宮』之門為什麼這麼難開啟?
中國航天員中心選拔訓練研究室主任吳斌說,從神舟九號進入『天宮』的路上,航天員要先後打開三道門:飛船返回艙與軌道艙之間的門、軌道艙前艙門和天宮一號艙門。後兩道門通過對接通道相連,在打開其中每一道門之前,航天員都要進行艙門檢漏、艙壓平衡等操作以保證安全,這個操作過程是需要較長時間的。
記者從北京飛控中心大屏幕的實時畫面上看到,在打開最後一道門——天宮一號艙門之前,景海鵬首先從工具箱中取出『鑰匙』。這並不是我們常見的鑰匙,而是一把三四十厘米長的金屬把手,相當於把一枚『螺母』套在艙門開門機構的『螺帽』上。
雖然地面試驗中航天員開門並不難,此前科研人員們還是有過擔心:天宮一號關閉了這麼長時間,會不會打不開?不過,畫面顯示,景海鵬並沒有太費勁,就打開了『天宮』之門。
神舟七號飛行的出艙環節中,翟志剛與劉伯明在打開艙門時頗費了些周折。『那道門內外是不同的空間環境與飛船艙內環境,雖然開門前艙內已經卸壓,但仍然會存在一定的壓力差,所以開門比較費力。』飛船系統副總設計師朱光辰解釋說,這一次,天宮一號艙門的兩頭都是密封艙,壓力完全平衡,因此操作相對順利多了。
解讀二
對接『天衣無縫』的秘密
當神九與天宮完美對接的那一刻,上海航天技術研究院805所報告廳裡的歡呼聲響成一片,作為對接機構的研制單位,每個人臉上都洋溢著自豪的笑容。33歲的耿海峰是對接機構副主任設計師,他向記者講述了神九與天宮對接得『天衣無縫』的秘密——密封圈。
『當神舟九號與天宮一號對接成功後,通道被打開,兩個連接體將形成一個大的密封艙。為了保證航天員在艙內的安全,整個密封艙的密封性至關重要。如何保證百分之百的密封性,密封圈是其中的關鍵點。』耿海峰說。
密封圈被安放在神舟九號主動對接結構的對接面凹槽裡。與人們生活中常見的『O型』密封圈不同,神九對接機構上的密封圈呈『T型』,被卡在凹槽裡,在空間不受力的情況下,不會自動脫落。
在與天宮一號對接前,安裝在神九對接機構上的密封圈是『裸露的』。在太空的嚴酷環境中,密封圈要經受住100攝氏度至零下75攝氏度的高低溫考驗,還要經得起各種太空輻射,這對於制作密封圈的一般材料『硅橡膠』來說,幾乎是不可能的,因為硅橡膠在低溫環境下有『脆變』特性。
為了研究抗脆的特殊密封圈材料,耿海峰帶領科研團隊從2002年開始,前後進行了長達6年的科技攻關。2008年單件產品成功研制後,又與整機一起進行了各種驗證試驗,克服的困難數不勝數。
『去年,神舟八號與天宮一號成功對接後,我們對數據進行了詳細的分析和總結,兩個航天器密封性能十分安全可靠,與當初的設計完全吻合。與去年相比,今年的心情已經不再那麼緊張了。』耿海峰說。
神九與天宮對接後,航天員從直徑80厘米的圓形通道進入天宮一號。為了確保航天員順利通過通道,805所設計師在地面上曾進行了各類模擬試驗。
神九與天宮的對接機構由上海航天技術研究院149廠總裝和調試。據對接機構總裝組組長、特級技師王曙群介紹,為了確保密封面的質量,149廠在生產、加工和總裝過程中,都制定了嚴格的全過程保護措施。
對接框零件狀態密封面加工完成後,采用單面膠保護膜進行貼膜保護;周轉期間有專用的包裝箱,交付總裝時,對接框有專用保護墊;在飛船進行綜合測試過程中,對接框也有專用的工裝保護,直至火箭整流罩扣罩前纔拆下。環環相扣,精細操作,確保不留一絲隱患。
解讀三
精確精確再精確
航天器空間交會對接,被形象地比喻為『百米穿針』。對於搭載著景海鵬、劉旺、劉洋3位航天員的神舟九號飛船來說,在與天宮一號的交會對接過程中,精確顯得尤為重要。
『只有精確,纔能避免風險;只有精確,纔能確保安全;只有精確,纔能取得成功。』載人航天工程測控通信系統總設計師錢衛平說,『我們的任務就是,精確、精確,再精確。』
遠距離導引到交會對接的第一步,神舟九號需要從數千公裡外的地方被導引至距天宮一號後下方52公裡處的交會對接入口。
『遠距離導引控制帶來的控制頻度之密,控制精度要求之高,前所未有。』北京航天飛行控制中心副主任麻永平說,兩個航天器均以每秒7.8公裡的速度高速飛行,要准確控制這兩個高速動態飛行器的相對位置和相對高度,就好比在太空中打兩個『移動靶』。這個艱巨任務由地面測控系統來完成。
從相距52公裡處,神舟九號開始利用飛行器上微波雷達、激光雷達等測量設備,獲得和天宮一號的相對距離和相對姿態等信息,根據預先設計好的程序計算出飛船繼續前進的軌跡和速度,逐漸逼近天宮一號。
要使神舟九號和天宮一號對接機構能夠順利捕獲,誤差必須保持在十幾厘米范圍內,這種導航精度,對飛行的安全性、天地協同的時效性,都提出了極其苛刻的要求。
『為了解決難題,飛船上裝備了現代化的測量手段,距離的測量精度能達到厘米級。』錢衛平說。
當神舟九號和天宮一號的對接機構剛一接觸上,飛船上的發動機開機,對飛船進行加速。對接機構按照捕獲、緩衝、拉近、鎖緊四個階段,完成對接,並保證密封。
在神九天宮載人交會對接任務過程中,組合體將至少進行兩次分離,一次是手控交會對接之前,神九將與天宮短暫作別;一次是航天員返回前,神九將與天宮永久作別。
『相見時難別亦難』,兩個航天器能否分離成功,是交會對接任務完整過程的最後一步,也意味著未來航天員能否順利從空間實驗室或者空間站撤離。
分離是對接的反過程,對接時鎖得緊,分離時必然就困難。對接機構上的12把結構鎖,每個鎖的拉力都是數噸級。為保分離采取了4重備份。
本版稿圖據新華社、《北京晚報》等