李会超:天宫一号,你为我们指明了去往星辰大海的道路

九尾神狐 13天前 49 只看Ta 77

【文末扫码关注微信公众号“科工力量”,中国工业科技新闻的权威观察家】

提到美国宇航员阿姆斯特朗,想必大部分读者都知道他是第一位登上月球的宇航员。然而,阿姆斯特朗还有另一项鲜为人知的“第一”:他是执行人类历史上第一次载人交会对接任务的宇航员之一。

那是1966年3月16日,阿姆斯特朗和斯科特一起,乘坐双子座8号飞船,与在轨道上等待他们的阿金娜目标飞行器成功对接。这次任务是阿波罗计划的先导任务。在阿波罗计划中,登月飞船在启程前往月球前和在月球上完成探测后,登月舱和指令舱间要完成多次交会对接,因此必须先行验证交会对接技术,才能使登月顺利开展。

时至今日,交会对接已经成了航天活动中必不可少的一个重要环节,是载人航天的基本技术之一。以目前的发射能力,人们还没法将大型空间站一次性发射到太空中,而是需要将各个舱段逐个发射后,在太空中利用交会对接技术进行组装。宇航员来往空间站,以及地面向空间站补给物资、带下废物,也需要飞船与空间站的对接。在未来载人远征火星或是更远的星球时,还可能利用交会对接技术,在近地轨道上组装进行星际远航的“大船”。

可以说,一个国家如果想在载人航天方面有所作为,交会对接是必须具备的能力。

2011年9月29日发射的天宫一号,其核心任务就是突破航天器交会对接技术和组合体控制技术,使我国能够进一步进行空间站等大型航天器的建造和维护。

虽然她的学名与美国的阿金纳一样,都是“目标飞行器”,但她的功能却比阿金纳强大不少。她可以供宇航员短期驻留,已经具备了空间站的雏形,可以验证空间站的关键技术,为以后空间站的建设打下基础。

相比和平号空间站、国际空间站等国外同行,仅有8.6吨的天宫一号显得有些“娇小”,但在她的服役生涯中,她以最小的试验成本突破了一系列关键技术,为我国走出由具备自身特色的航天发展之路做出了贡献。

2011年11月3日,天宫一号迎来了第一位到访的客人——神舟八号无人飞船,并进行了首次交会对接试验。对于第一次对接试验采用无人飞船的选择,阿姆斯特朗可能要举双手赞成。因为在他执行美国的第一次交会对接任务时,对接完成后双子座8号飞船的姿态控制系统失控,带动对接后的组合体在太空中翻滚。多亏阿姆斯特朗急中生智,启动了飞船上其他的推力设备,才避免了飞船失控、宇航员殒命太空的悲剧。事后调查发现,阿姆斯特丹的处置方式并非最优。如果地面控制人员已经积累了交会对接的经验,能够提前告知宇航员组合体的可能控制方式,这场意外造成的损失还能更小。

在神舟八号造访天宫一号的任务中,分别在地球受太阳照射的一面和阴影中的一面成功进行了两次自动交会对接试验。在两次对接之间,神舟八号和天宫一号的组合体还在太空中翻了一个180度的跟头,验证了飞船组合体的控制。通过神舟八号无人任务的验证和经验积累,神舟九号载人对接天宫一号变得更加可靠,宇航员的安全得到了更充分的保障。

在轨道上运行的航天器处于高速飞行的状态,要让两个飞行器在太空中相遇并非一件容易的事情。在对接任务的设计中,航天工作者们对天宫一号和神舟飞船的发射窗口进行了耦合迭代设计,使天宫一号与神舟八号及后续神舟飞船的发射时间相互配合,从而在有限的时间内获得更多的能让她们相遇的发射窗口。

神舟八号发射时,采用了分秒不差的“零窗口”发射方法,在地面的测控下完成了5次精准的轨道调整,接近到天宫一号后下方54公里时,通过无线电信号与天宫一号“握手”。之后,神舟八号通过对接测量设备,自主导航到天宫一号附近并与其成功对接。

中国神舟飞船的三舱式结构在一定程度上借鉴了俄罗斯(苏联)的载人飞船设计,而神舟飞船与天宫一号对接的“接口”——空间对接机构却没有采用俄罗斯的杆锥结构,而是在借鉴了美国的APAS-89机构设计理念的基础上,自主设计的异体同构周边式结构。相比俄罗斯的杆锥结构,这种结构更加灵活,对接的两个飞行器的主、被动角色可以互换,还为未来进一步升级成更先进的雌雄同体对接结构预留了发展空间。

当神舟九号载着景海鹏、刘旺、刘洋三名宇航员到访天宫一号时,天宫一号为宇航员们提供了温馨的太空之家。

在天宫一号中,除了能为宇航员提供基本的生命保障功能外,还为宇航员们提供了颇具人性化的居住条件。飞船内各类仪表的形状、大小甚至仪表盘的颜色,都经过特殊考虑,力争让航天员便于观察、感觉舒适。为了减少舱内噪音,设计人员反复进入舱内体验,排查噪声来源,逐项解决问题。舱内设置了空气检测和净化调节装置。这个装置除了能过滤舱内材料释放的微量有害物体,还能抑制微生物的生长,调控温度湿度。为了给航天员一些私人空间,天宫一号中还设置了专门的密室,航天员可以在不被任何人听到、看到的情况下和自己在地面的家人进行视频通话。

航天员们对于这些设计的体验将是未来中国空间站“内部装修”方案的重要参考。可以说,天宫一号就是未来空间站的第一间样板房。

在神舟九号任务期间,宇航员还进行了手控交会对接试验。与主要依靠手控的美国不同,我国的交会对接以自动控制为主,与俄罗斯相似,但航天员也掌握了手控对接能力,作为自动对接的必要补充和备份。在神舟九号进行手控对接任务时,三名航天员以高超娴熟的技术和过硬的心理素质,将姿态控制的误差缩小到了1度以下,达到了世界一流水平。

本次试验的成功,更使我国成为既美国、俄罗斯之后第三个完全掌握载人交会对接技术的国家。

2013年6月20日,在神舟十号造访天宫一号时,中国的中小学生们迎来了一场别开生面的太空授课。在杨利伟执行神舟五号任务时,由于地面测控站和海上测控船的覆盖范围有限,神舟五号与地面的通信会时常因飞船飞入了测控盲区而中断。即便在测控区域内,飞船与地面的通信带宽也十分有有限,传回的舱内画面并不清晰。

而在40分钟的太空授课中,神舟十号和天宫一号的组合体围绕地球转过了半圈,高清视频信号却能连续稳定的传输到地面上,直播画面中看不到一帧中断,观看太空授课的中小学生还能流畅的和在太空中授课的航天员王亚平进行交流。

这一切,都得益于与天宫一号任务同步进行的“天链一号”天基测控网的建设。无论我国的载人飞船、空间站或其他低轨卫星处于什么位置,三颗处于静止轨道的天链一号卫星均能使她们与地面保持通畅的联系。目前,我国是除美国外唯一一个具备全球天基测控能力、唯一一个进行过太空授课的国家。

在没有宇航员与天宫一号相伴时,她上面搭载的探测仪器和试验装置依然在为我国的国计民生做着贡献。天宫一号装在的高光谱成像仪获取了我国西部荒漠化、三江流域水温生态等重点地区的观测数据,还在2013年余姚等地发生洪涝灾害时及时提供了监测数据。

当神舟十号撤离后,天宫一号的既定任务已经全部完成。其后,她又在太空中工作了将近三年。其间,她进行了电池翼发电能力测试、备份姿态测量和控制模式切换试验等一系列工作,直到2016年3月与地面的联系终止。

在18世纪的巴黎,当物理学家和发明家们尝试用热气球和氢气球开启人类的飞行时代时,一位气球冒险家曾向另一位气球的设计者说道:“先生,请为我们指明通向天空的道路!”现在,在太空中遨游了六年多的天宫一号完成了她的使命,化作了天空中一片绚烂的烟火。若干年后,当宇航员到空间站往返工作已经成为中国航天的日常时,当我们在太空中组合出登陆火星甚至飞的更远的巨型飞船时,我们不会忘记,是天宫一号以及无数为她付出了精力和智慧的人,为我们指明了去往星辰大海的道路。

扫码关注微信公众号“科工力量”,中国工业科技新闻的权威观察家

最新回复 (0)
返回