天宮一號,再見 飛行六年,曾與三艘飛船交會對接

2020-12-02 騰訊網

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2018年4月2日8點15分左右,天宮一號目標飛行器再入大氣層,預計於南太平洋中部區域墜落,天宮一號的絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀。

2011年9月29日21點16分3秒在酒泉衛星發射中心,中國自主研製的全新載人太空飛行器天宮一號發射成功。此後,天宮一號分別與後續發射的神舟-8、神舟-9、神舟-10飛船完成對接,突破中國空間交會對接技術。超期服役的天宮一號,於今年3月16日正式終止數據服務,並預計2017年將回歸地球的懷抱,入大氣層燒毀。

讓我們一起來回顧一下天宮一號的精彩表現吧!

天宮一號長什麼樣

天宮一號空間實驗室全長10.4米,艙體結構最大直徑3.35米,設計質量8500千克,設計壽命2年。天宮一號為兩艙結構,分為實驗艙和資源艙。

實驗艙為密封結構,為航天員提供基本模擬地面大氣環境的條件以及必需的工作和生活設施,擁有約15米3的自由活動空間。與載人飛船相比,天宮一號為航天員提供了更大的活動空間,能夠同時滿足3名航天員工作和生活的需要。實驗艙內設睡眠區以及能使航天員保持骨骼強健的健身區。對接任務完成後,航天員進入實驗艙工作、訓練和生活。

實驗艙前端安裝異體同構周邊式對接機構,用於與載人飛船對接,對接後形成密封通道,航天員經此通道進出空間實驗室。對接機構還具備對接後支持供電和總線併網的能力,能夠進行氣、液補加。

資源艙位於後部,是直筒構型的非密封艙段。艙外安裝太陽能電池帆板,艙內主要安裝發動機和推進劑貯箱以及環控氣瓶等設備。資源艙為軌道機動提供動力,為飛行提供能源,並控制飛行姿態。能夠在天宮一號與飛船進行交會對接的過程中,控制天宮一號進行精確的姿態控制。

天宮一號做了什麼

第一,天宮一號作為交會對接的目標飛行器,與神舟八號、神舟九號、神舟十號完成空間交會對接飛行任務。

第二,保障航天員在軌短期駐留期間的生活和工作,保證航天員安全。

第三,開展空間應用、空間科學實驗、航天醫學實驗和空間站技術試驗。

第四,初步建立短期載人、長期無人、獨立可靠運行的空間實驗平臺,為建造空間站積累經驗。

天宮一號和神舟飛船是怎麼空間交會的呢

空間交會是指兩個太空飛行器在空間以同一速度到達同一地點的過程。

以天宮一號在2011年11月3日與神舟八號對接為例。神舟八號發射後,經過地面飛行控制中心根據兩個太空飛行器的飛行軌道、位置和姿態,使神舟八號在短短的兩天內,經過5次變軌,逐步與天宮一號處於共面同高度的圓軌道。且神舟八號追趕上天宮一號,為對接創造基本條件。

神舟八號在接近天宮一號時,兩個太空飛行器建立直接通信聯繫,在北京航天飛行控制中心和測控網的監視和確認下,神舟八號開始實施自主控制的三個階段,拉近與天宮一號的距離。

第一階段:尋的段。神舟八號進行4次自主控制變軌,抵達對接切入點。

第二階段:接近段。神舟八號繼續向天宮一號慢慢接近。

第三階段:平移靠攏段。神舟八號緩緩向天宮一號靠近,直至對接。

天宮一號和神舟飛船是怎麼對接的呢

在浩瀚的太空中,天宮一號和神舟九號在距地面43千米的太空軌道以28000千米/小時的速度飛奔。要讓它們對接,可以想像成一個拿針、一個拿線的兩個正在飛奔的運動員進行穿針引線。難度可想而知,對接的過程要經過八道關。

1碰撞

當神舟九號進入到天宮一號敏感器的捕獲範圍內時,在橫向距離偏差小於300毫米、姿態角偏差小於5°,縱向相對速度小於0.2米/秒時,輕輕碰撞天宮一號。

2捕獲

兩個太空飛行器碰撞,並接到失衡傳感器發出對接指令信號後,神舟九號主動對接環的6根滾珠絲杆向外推出200毫米,對接環上的3把捕獲鎖與天宮一號對接環上相對應的3個卡板器咬合,被牢牢卡住,完成柔性連接(連接後仍能移動)。

3緩衝

神舟九號對接環受到撞擊後,對接機構上的摩擦自動器和電磁阻尼器分別吸收縱向和橫向撞擊能量,進行緩衝,使其處於水平位置。碰撞、捕獲、緩衝三個步驟約60秒。

4校正

神舟九號對接環的6根滾珠絲杆繼續向外推出300毫米,與此同時,強行校準兩個太空飛行器的姿態、位置和偏差,約80秒。

5拉近

神舟九號對接機構對接環的6根滾珠絲杆緩緩收縮,拉近兩個太空飛行器,使前端框面互相貼合,240秒。

6拉緊

神舟九號與天宮一號對接機構對接面上分別安裝6組12把對接鎖,每把對接鎖的拉力達3噸,當對接機構端面接近到約4毫米時,神舟九號對接鎖的主動鉤啟動,與天宮一號上的被動鉤一一鎖緊,約4分鐘。

7密封

對接機構上的驅動電機帶動鋼絲繩系統,壓縮兩個連接面上的密封圈,保持密封。

8剛性連接

通過對接鎖使兩個飛行器貼合,實現剛性連接,將神舟九號與天宮一號組合為一體,12個對接鎖隨後牢牢扣上,起到嚴絲合縫的作用,約220秒。

神舟九號與天宮一號連接後,制動控制系統會自動接通兩個太空飛行器的電氣、液路通道,進行信息和能源併網。

神舟八號和神舟九號與天宮一號交會對接時有何不同

1交會對接方式不同

神舟八號是無人飛船,所以它與天宮一號的兩次交會對接都是自動交會對接。

神舟九號是載人飛船,它與天宮一號的兩次交會對接,第一次採用自動交會對接,第二次採用手動交會對接。

2交會對接方向不同

神舟八號與天宮一號兩次對接,全部採用後向對接方案。也就是說飛船在後,向前追趕天宮一號,在逐漸接近的過程中進行對接。第二次對接時,飛船先撤退至天宮一號後140米的地方,然後再次進行對接。

神舟九號與天宮一號進行的是前向對接。飛船在前,由天宮一號追趕神舟九號進行對接。在第二次對接時,飛船撤離至距離天宮一號400米的地方,然後經自動控制接近天宮一號,在140米處停泊,轉由航天員手動控制,再次與天宮一號進行前向對接。

3交會對接環境不同

由於神舟八號與天宮一號首次交會對接是中國首次空間交會對接試驗,為減小太陽光對交會對接設備的幹擾,首次交會對接任務安排在地球陰影區進行。第二次交會對接大部分過程在陽照區進行,對接環節在地球陰影區完成。

神舟九號與天宮一號兩次載人交會對接則全部在陽照區進行。由於太陽光對交會對接設備會造成幹擾,其難度要比神舟八號大得多。

4由自成一體到聯成一體

神舟八號與天宮一號交會對接僅完成了兩個飛行器的剛性連接,連接兩個太空飛行器的艙門並沒有打開。因此,從艙內環境來講,並沒有成為真正意義上的一個整體。

在神舟九號與天宮一號交會對接完成後,神舟九號的航天員打開了兩個太空飛行器的艙門,並進入天宮一號工作和生活,首次實現了神舟九號與天宮一號的空間連通,使其成為運行在太空中連在一起的兩個大房間。

天宮一號的太空課堂

2013年6月20日上午10時,在距地面300多千米的天宮一號上,神舟十號航天員進行了中國首次太空授課,王亞平主講,聶海勝協助,張曉光攝像。

授課一開始,聶海勝和王亞平合作表演了「懸空打坐」和「大力神功」,聶海勝盤腿坐在空中,王亞平用手指輕輕一點,便把聶海勝推飛了,這是利用了太空失重原理。之後王亞平在聶海勝的協助下做了五個實驗:質量測量、單擺運動、陀螺運動、製作水膜和製作水球。

來源/《中華民族的航天夢——載人航天知識問答》《揭秘天宮》

改編/楊斯爽

審校/楊潔

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