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IC供圖
神九航天員端午節送祝福 6月23日,景海鵬把寫有『端午快樂』四個大字並簽有航天員景海鵬、劉旺、劉洋名字的飛行手冊向地面工作人員展示(電視畫面截屏)。當日是端午節,正在太空執行首次載人交會對接任務的航天員景海鵬、劉旺、劉洋向全國人民、全球華人送上節日祝福。 新華社發
中國載人航天工程新聞發言人23日宣布,經任務總指揮部研究決定,天宮一號與神舟九號手控交會對接計劃於6月24日12時許實施,航天員將手動控制神舟九號飛船完成與天宮一號的交會對接任務。為什麼在自動對接成功後還要驗證手控?手控交會有何難點?如何應對?專家為我們做出詳細解答。為何要手控交會對接?
神舟八號與天宮一號浪漫的太空之舞實現了中國首次自動交會對接。這一次,神九飛船將實現與天宮一號目標飛行器的手控交會對接。
既然以自動方式可以順利完成飛行器的太空對接,為什麼還要讓神九進行手控對接?載人航天工程總設計師周建平說,從世界載人航天的發展來看,交會對接應該涵蓋自動和人工兩個方面,二者互為備份,缺一不可。只有自動和人工技術都得到驗證,纔是實現了完整的交會對接。
從世界范圍看,世界各國交會對接情況各有千秋。美國航天飛機的交會對接主要是手控,自動是備份。而前蘇聯飛船的交會對接則以自動為主,手控作為備份。
人的靈活反應和主觀能動性,也給太空中的復雜動作增加了安全系數。自動對接是一種程序控制,響應迅速、控制精准,但是,一旦出現策略方案外的情況,自動系統就顯得『無能為力』。『在處置意外狀況的時候,人腦比電腦更可靠。』飛船系統總指揮何宇說。手控交會對接,也是對國產對接機構的進一步驗證。
手控究竟難在哪兒?
據周建平介紹,實施手控交會對接時,3名航天員返回飛船返回艙。隨後,飛船自主撤離至距天宮一號400米處,再自主接近目標飛行器,在120米停泊點轉由航天員手動控制,完成交會對接。
周建平說,與以往飛行任務相比,神舟九號飛行難度和復雜程度大幅增加。對接過程中,航天員要准確判斷兩個航天器的相對位置,通過姿態和平移兩個手柄,控制飛船姿態、前進速度和方向,對眼手協調性、操作精細性和心理素質要求極高。
中國航天員科研訓練中心副主任白延強說,手控交會對接實際上是把兩個高速飛行器對接起來,使其成為一個組合體。『神九飛船和天宮實驗室飛行速度每小時超過上萬公裡,重量在8噸到9噸,對接時候要求接近的相對速度是0.2米/秒,角度偏差1°之內,橫向偏差在0.2米到0.3米。』白延強說,這就要求在對接過程中,嚴格控制高速飛行器的誤差。
『這就像天宮上有個靶子,對接就是要像槍一樣打中瞄准心。』白延強說,對接很容易出現三種偏差,『一是左右上下的俯仰偏差;二是位置偏差;三是發生了旋轉,產生了姿態的偏離。』因此,要求航天員對這六個自由度的偏離有很好的把握。
如何確保手控對接成功?
航天員系統總指揮、中國航天員科研訓練中心主任陳善廣說,為了順利完成交會對接任務,航天員系統開展了前期的科學研究,驗證交會對接控制的模式、機構、界面是否符合人的心理、生理認知特點,根據驗證結果為工程研制適合航天員的交會對接工程系統提出了要求。同時,研制了手控交會對接的模擬設備,還專門研制了單項的訓練模擬器,並對現有的全任務訓練模擬器進行了增補和改進。
航天員選拔訓練研究室主任吳斌說,航天員的手控交會對接訓練細分為多個科目,訓練從難、從嚴。科目設置考慮到陽照區、陰影區、有參數、無參數等多種狀況,模擬了可能發生的40多種故障,同時在訓練中也隨機設置故障和偏差,給航天員增加噪聲等乾擾。『設置各種情況,主要是為了從實踐出發,使航天員無論處在什麼樣的狀態,都能實現對接。』吳斌說。
為使手控交會對接萬無一失,航天員在地面進行了上千次的訓練。『手控交會對接的精度甚至比工程給定值還要精確。』吳斌說,『負責交會對接任務的劉旺,訓練已經達到1500次。在儀表沒有數據的情況下,他僅靠光學顯示就能夠操作。』
何宇說,系統對飛船的適應性和可操作性進行了驗證。部分技術人員作為實驗『樣本』,在地面模擬器上進行了測試。此外,飛船系統還專門組織了一支隊伍,作為『地面支持崗』,陪同航天員進行交會對接訓練。『這有些像汽車駕駛的「陪練」,及時提醒航天員的操作、駕駛習慣。』何宇說,『交會對接充滿風險,要保證飛行器的安全,更要保證航天員的生命安全。』
『太空打靶』如何保證精准性?
有人把手控交會對接比喻成航天員『太空打靶』。茫茫太空中,神舟九號與天宮一號相距140米處,神九中航天員根據屏幕上的十字刻度來對准目標,通過操作控制手柄來及時調整飛船位置。可是一旦出現偏差,怎麼辦?
這就要用到中國航天科技集團公司九院13所研制生產的手控光纖慣組。這個裝置是安裝在航天員座椅下的一個既小巧玲瓏又十分精致的黑盒子,它可以穩定飛船位置和姿態,幫助航天員完成手控交會對接。
『手控光纖慣組的主要作用就是穩定飛船姿態,保證航天員可以將飛船穩定在預定的位置上,從而保證飛船平穩地沿著預定軌道進行交會對接。』13所副所長、時代光電公司總經理王巍介紹,只要飛船稍微偏離航天員設定的預定目標,光纖陀螺就可以檢測出偏差值,進而通過控制系統的反饋,將飛船重新穩定在預定目標上。
手控光纖慣組的加速度計還可以測量飛船的加速度,通過積分計算出速度和位移,從而得到飛船與目標飛行器的相對距離,為航天員手動交會對接提供參考。
據新華社北京6月23日電