解析首次交會對接:三大核心關鍵系統立下首功

2021-01-11 中國政府網

    新華社北京11月3日電(記者王敏)我國首次交會對接任務圓滿完成,意味著繼美、俄之後,我國成為第三個獨立掌握交會對接技術的國家,為我國今後開展更大規模的空間探索奠定紮實的技術基礎。

    在此次交會對接任務中,飛船系統、運載火箭系統、空間實驗室系統三大核心關鍵系統立下汗馬功勞。記者從其研製方、中國航天科技集團公司獲悉,經過11年的技術攻關,這三大系統突破了對接機構等關鍵技術,攻克了航天領域多項技術難題。

    「天宮一號」攻克三大技術難題 核心使命完成交會對接任務

    早在交會對接任務正式立項之前,中國航天科技集團公司就已經啟動了首次交會對接任務的論證工作。

    作為載人航天飛行任務中的新成員,天宮一號目標飛行器成為首次交會對接任務中的亮點。天宮一號重約8.5噸,此次任務的主要使命是圓滿完成交會對接任務,並攜帶有效載荷開展科學試驗。

    據中國航天科技集團公司相關專家介紹,由於任務的特殊性,天宮一號的研製要攻克三大難關。一是在軌工作時間長對飛行器高可靠性提出嚴峻挑戰。天宮一號將創我國載人飛行器的服役紀錄。在兩年的服役期內,天宮一號要相繼完成三次交會對接任務,即要分別與神舟八號、神舟九號和神舟十號進行對接。

    二是諸多新技術將在此次載人航天飛行任務中接受檢驗。以電源分系統為例,其特點迥異於前7次飛行。本次任務將100伏高壓供電體引入其中,將極大地提高飛行器用電效率。此外,半剛性太陽能帆板將有助於為天宮一號目標飛行器減重,為今後大型空間飛行器開展大型空間試驗打下技術基礎。

    三是作為目前國內在研型號裡重量最大、體積最大的飛行器,天宮一號將給運載火箭系統在整流罩設計等方面帶來新的適應性難題,此次飛行任務將會驗證大型飛行器對運載系統的多項適應性改進新技術。

    「神八」首上對接機構 太空「穿針引線」顯神奇

    執行此次交會對接任務的神舟八號飛船雖然沒有承擔載人任務,但是要想在太空中實現完美對接也並非易事。這就不得不提到「神八」上的核心部件——對接機構。

    據中國航天科技集團公司相關專家介紹,「神八」與天宮一號的對接過程,就如同太空中兩列沒有鐵軌的高速運轉的列車實現首尾相接。對接後,天宮一號要在兩個飛行器之間建立能供航天員通過的通道。此外,還要實現與神舟八號電、氣、液的共通,收到「對得上、分得開」的效果。這對對接控制和對接機構提出了較高要求。

    「『神八』與天宮一號的對接,就宛如在太空中穿針引線,這將對飛行控制和對接結構提出嚴格要求。」該負責人告訴記者,為了完美上演「穿針引線」大戲,此次天宮一號採用了全新的測量設備,讓350公裡軌道上的「神八」與天宮一號的一切行蹤盡在掌握中。

    「長二F」大變身 讓「乘客」更舒適

    在首次交會對接任務中,已經圓滿執行過7次任務的長二F火箭將再次兩度執行飛行任務。針對神舟八號和天宮一號兩次發射任務的特點,設計人員將執行首次交會對接任務的運載火箭進行了重新設計,並取名叫「改進型長徵二號F運載火箭」。

    據中國航天科技集團公司相關火箭專家介紹,針對兩次飛行任務的特點,該火箭有兩種狀態,即執行神舟八號任務的載人狀態的火箭和執行天宮一號的非載人狀態的火箭。

    相比於之前的長二F火箭,兩種狀態共同的改進之處是:將長徵二號F火箭的「慣性平臺+捷聯慣性組合」模式中的慣性平臺取消,換為捷聯慣性組合,構成「雙捷聯」慣導系統。

    載人狀態和非載人狀態的火箭主要區別在於逃逸系統的設計。執行神舟八號的載人狀態的火箭逃逸系統沒有變化,「儘管『神八』上沒有航天員,但是我們沒有降低對火箭的要求,按照載人的標準來進行嚴格設計和質量要求。」航天科技集團有關火箭專家說。

為「天宮」「神八」牽起紅線——詳解交會對接微波雷達

    新華社北京11月3日電 在茫茫太空中,天宮一號和神舟八號神奇相約,順利交會對接。如果說牛郎和織女要走到一起,需要有根紅線。而「神八」飛向「天宮」,從相距150公裡到400米,這段非常重要的飛行,就缺少不了交會對接微波雷達這位「大媒人」,為「天宮」「神八」的「勝利之吻」牽起紅線。

    據了解,要實現兩個太空飛行器在太空的「相遇」和「相連」,也就是交會對接,就必須清楚兩個太空飛行器當時的飛行狀態參數,例如飛行的速度、相對的角度和之間的距離等等。當了解了這些數據,強大的計算機系統就可以計算出控制指令,「命令」他們朝「相遇點」前進。

    在航空航天等領域,測量目標的速度、距離等參數的工具是雷達,它就像人的眼睛和耳朵。雷達不受白天黑夜的限制、也不受烏雲雨雪的阻擋。這一點在人們常用的「倒車雷達」中有所體現。當然,具備測速功能的雷達比普通的雷達還要複雜很多。

    雷射雷達可以進行立體成像,但因為在大氣中衰減嚴重,所以探測距離短,用於太空中飛行的太空飛行器就有缺點。

    微波雷達的功能相對強大,它受電磁幹擾小、探測距離遠、精度較高,但對近距離的測距精度、測速精度就會差一些。

    如果能研製一款近、中、遠距離都具備高精度測量參數的微波雷達就很完美了。可是在巨大的技術瓶頸面前,這樣的產品在國內一直沒有研製出來。

    經過多年的研究和大量的試驗驗證,中國航天科工二院25所研製的微波雷達誕生了。它的實際測量範圍上至百餘公裡、下至幾十米,在如此之大的跨度中,它的測距精確程度可以達到一把學生所用文具尺的長度,測角精度可以到達更高,相當於人眼測試視力時相鄰兩行之間的角度。而速度測量的誤差更是微乎其微。

    此外,該雷達具有體積小、重量輕的特點,它使用方便、操作簡單。整個裝置類似Ipad2大小,重量還不到12公斤。看到如此袖珍的「高科技之眼」,讓人很難想像它是在萬裡太空掌控太空飛行器的關鍵裝置。

    除了微波雷達外,高精度加速度計,更是被譽為交會對接的「忠實嚮導」。「只要有它在,交會對接任務就十拿九穩。」它就像一位素質過硬的嚮導,隨時隨地向控制中心精確『匯報』飛船飛得有多快、姿態咋樣、現在到哪兒了。

    高精度加速度計,體積僅比常用的方形飯盒略大一些,卻是「神八」上精度最高的加速度測量裝置,由中國航天科工三院33所研製。在交會對接過程中,它在空間微重力狀態下精確地給出飛船的速度、位置等重要信息,以確保飛船準確無誤地完成這次「勝利之吻」。

    據悉,它裡面的核心部件石英撓性加速度計,精度在國內位居第一,曾經七次幫助神舟飛船返回艙成功返航。

    據介紹,它除了在交會對接階段提供信息之外,還在飛船在軌飛行的過程中隨時記錄發動機推力的變化,為監測發動機的工作情況提供數據支持。

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