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核心提示
今日零时16分,神八飞船飞抵对接入口点,与天宫一号同处于一条直线上,二者相距5公里。
400米,140米,30米……1时35分58秒,神舟八号追上以7.8公里/秒高速飞行的天宫一号,两个飞行器开始携手遨游太空。它们的太空“双人舞”将绕地球飞行12天。
这是中国完成的首次空间交会对接试验。
交会对接获成功
离不开幕后推手
11月3日凌晨,神舟八号和天宫一号完美对接。“虽然这次是自动对接,但并非不需要地面干预。”载人航天工程测控通信系统总设计师钱卫平说,“可以说,航天测控网是这次交会对接取得成功的‘幕后推手’。”
在神舟八号飞赴“天宫”之约的漫漫行程中,每一个重要关节点上都需要测控系统的“精控秒测”。钱卫平说,国内7个测控站、3个飞控中心、3艘远洋测量船,国外5个测控站、3个国际联网合作站,再加上太空中的两颗中继卫星,组成了陆、海、天基“三位一体”的载人航天测控网,为神八和天宫一号的约会之旅全程保驾护航。
神舟八号在进入自主导引阶段之前,需要在测控系统的指挥下完成5次变轨。其中,第5次变轨于神舟八号绕地球飞行的第24圈进行。2日17时5分,经过对轨道的精确组合修正,神八进入了距地面高度约330公里的近圆轨道,与天宫一号处在相同轨道面的交会对接点上。
“神八进入自主导引段后,测控系统不仅没有丝毫放松,反而要投入更紧张的工作。”钱卫平说。在神八从5公里到30米一步步接近天宫一号的过程中,前后共设置了4个停泊点,每一停泊点的设置都为测控系统判断两个飞行器的运行状况留出了时间,其停泊时间分别是4分钟、2分钟、2.5分钟和2.5分钟。
经过4次停泊之后,在酒泉卫星发射中心上空,神八飞船与天宫一号开始接触。从对接机构接触开始,在15分钟内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧4个动作,最终实现两个航天器刚性连接,形成组合体。
测控通信系统
闯四关保对接
第一关:轨道控制精度要求高,使中短期预报准确性面临困难。由于存在多次变轨,且变轨之间的间隔圈次很短,第13圈和16圈之间的圈次只差3圈。在这3圈的时间里,要对变轨的情况进行精确计算,算出航天器的轨道参数,计算出下一次变轨的数据,再把数据发送到飞船上,进行下一次的轨道控制。时间短,任务重,精度要求高,不允许出现任何闪失。
第二关:飞行过程、飞行控制复杂。由于飞行程序非常复杂,每一个环节可能出现的情况也随之变得复杂。为应对任务中可能出现的意外,在系统方案设计中准备了数百个预案。任务前通过演练,对这些预案进行了检验。
第三关:测控通信系统首次对太空中两个目标同时进行管理,存在可能出现意外因素和情况的难题。
第四关:空间碎片对飞行器安全构成威胁,必须做好对空间碎片的预警和规避。
设置4个停泊点
最大限度降风险
青年航天测控专家王瑞军说:“之所以设置这4个停泊点,其目的就是为了降低风险。每一个停泊点的设置都为判断两个飞行器的运行状况留出了时间,只有一切正常才往下一步走,可以最大限度地降低风险。”
“因为我们是第一次实施,所以非常谨慎,像俄罗斯现在就没有这样复杂的过程。美国在对接时也有停泊的过程,但不像我们有这样多的环节。我们主要是第一次搞,因此比较谨慎,首先要确保两个飞行器的安全。”王瑞军说。
在经过了4次停泊之后,在东风站的上空,神八飞船与天宫一号开始接触,直到锁紧。锁紧时,是在太平洋中部远望三号船的上空。
5次变轨成功
实现同心同圆
神舟八号飞船发射升空后,在与天宫一号目标飞行器交会对接前,先后经历了5次变轨,调整到处于天宫一号后下方约52公里处。
我国载人航天工程测控通信系统上升段主任设计师卢立常解释说,神舟八号飞船发射的窗口时间是根据天宫一号目标飞行器的运行轨道参数来决定的。在神舟八号发射之前,地面飞控中心先要对天宫一号实施调相控制,使它进入距地面343公里的圆轨道等待神八飞船。飞船发射前一天,通过地面飞控中心的控制,使天宫一号目标飞行器的姿态调整为尾部发动机朝前,对接机构朝后,迎接从后面追上来的神八飞船。
卢立常介绍,神舟八号飞船发射升空后,之所以要实施远距离导引,其目的就是为了以合理的位置和速度来与天宫一号实施交会对接。在这一导引过程中,通过不断调整,让神八飞船与天宫一号目标飞行器处于相同的轨道面,达到同心共圆的目的,然后才能使其以相对合理的速度保证交会对接的正常进行。
“有一点需要指出的是,调整到合理的位置后,在实施交会对接时,一定要保证使其处于一个相对可测控时间较长的弧段来进行。”卢立常说,“正是综合考虑到这些因素和要求,我们设计了对神八飞船5次变轨的方案。第一次变轨是第5圈的远地点变轨以抬升近地点高度,之后是第13圈调整轨道倾角,第16圈近地点变轨抬高远地点,第19圈变轨是为进一步圆化轨道,第24圈变轨是将前几次的误差进行一次综合修正。
新华时评
迈向空间站时代
继掌握天地往返、出舱活动技术之后,随着神舟八号飞船和天宫一号目标飞行器完成首次“太空相拥”,中国航天人突破了载人航天三大基础性技术的最后一项——空间交会对接技术。
这是中国载人航天的崭新高度。它意味着,中国已经成功叩开了空间站时代的大门。
空间站是当今人类载人航天技术的标志性产物,也是中国载人航天“三步走”战略的最终目标。
作为探索太空和发展科技的全新平台,能够在近地轨道长时间运行的空间站,不仅可供航天员长期在轨工作和生活,而且可以提供地球上所不具备的高位置、高真空、微重力环境,对地球科学、外太空探索和材料学、生物学、制药等领域的研究具有特殊意义。
按计划,中国将在2012年通过神舟九号、十号与天宫一号的交会对接和航天员的参与,进一步验证交会对接技术。到2020年前后,在轨组装载人空间站并开展较大规模的空间应用。
距中国建造空间站还有8年左右的时间。虽然在这期间尚有一系列相关技术等待中国科学家突破。但神舟八号与天宫一号的成功交会对接,无疑已为未来建立空间站奠定了基础。
这是中国载人航天工程迈出的又一历史性步伐。交会对接的成功,使中国未来空间站的组装和建造成为可能,使空间站物资和人的运输成为可能,而在其他潜在应用领域,如载人登月和深空探测任务等方面,其意义同样不可估量。
早在交会对接成功之前,中国空间站建设已经进入方案论证,利用空间站进行大规模的空间应用问题的研究也已展开。“掌握交会对接技术,空间站的建设就是指日可待。”中国载人航天工程总设计师周建平说。
迄今为止空间技术的每一次重大突破,都引起了生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。从卫星通信到太空育种,从气象预报到新材料试验……半个世纪以来,全球发射到空间轨道上的4000多个航天器,使人类的生活时刻覆盖在太空技术的光辉之下。
随着空间站技术的进步,中国必将能通过太空探索,为人类享受太空文明做出应有的贡献。
伟大的事业孕育伟大的精神。作为以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神的生动体现,中国航天事业培育和发扬的特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的载人航天精神,已经内化为勇于登攀、敢于超越的进取意识,科学求实、严肃认真的工作作风,同舟共济、团结协作的大局观念,淡泊名利、默默奉献的崇高品质。
正是这样的意识、作风、观念和品质,托举起了神舟八号和天宫一号两大航天器今日的太空交会对接,托举起了中国航天的一次次崭新跨越。
延伸
两个形体假人发出拟人生理信号
“航天员”状态良好
跟随神八无人飞船升空的两个形体假人目前运行状态良好,已开始按程序发出拟人生理信号。
航天员中心专家许志介绍说,两个形体假人各重75公斤,按真实飞行状态穿着舱内航天服,服装上安装有生理信号测试盒。
“由于神八飞船没有人,不会真的产生心电、呼吸、体温、血压等生理信号,所以我们采用拟人生理信号主机,模拟发出这些信号,考核信号传输链路是否正常,为下一步载人飞行进行验证。”许志说。
“我们研制了拟人生理信号主机,模拟产生心电、呼吸、体温、血压等信号,经采集传输后,下传到地面,直至飞船返回。”许志说,在真实飞行中,这四大生理指标密切关系航天员飞行时的身体健康,需要实时监测,供地面医监医生分析。航天员会24小时穿着生理信号测试背心,提取这些生理指标。
形体假人穿着的舱内航天服,也是飞船发射、返回和变轨阶段航天员必穿的,危急时可以救命。飞船座舱一旦发生泄漏,压力突然降低,舱内航天服可以立即供氧供气,提供防护。
航天员应急食品随飞船上天试验
每人一份够吃两天
航天员应急用的航天食品已随神八飞船上天,将来会随飞船返回地球,供研究人员试验分析。
航天食品专家陈斌介绍说,虽然神八不载人,很多产品是模拟件,但应急食品却是货真价实。“我们要通过太空飞行,检验应急食品包能否经受飞船振动、冲击的考验,比如包装袋有无破损泄漏、食品有无震碎等。”
在载人飞行中,航天应急食品通常有两个用途:一是当飞船推迟返回时,航天员在返回舱中穿舱内航天服时食用。二是当飞船未进入预定着陆区域,落到了海上、沙漠、丛林、寒区等区域时,航天员自救使用。
陈斌说:“我们按照飞行乘组每人一套的原则配备应急食品包,包里主要是高能压缩食品和饮用水,能满足应急情况下2天用量。食品重量很轻,只有1公斤。饮用水袋的设计考虑既能在天上失重环境使用,也能在地面使用。水袋有一根吸管,航天员借此把水吸入口中。外面的卡口可以卡住吸管,航天员能中途停止饮水。”
陈斌介绍,这些食品和以往神舟飞船配备的同类食品相比,能量密度更高、口感更好,并兼顾了营养平衡。食品采用高强度真空包装,已在地面进行了食品的低压环境试验。
(本版图文均据新华社)