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神舟九号飞船于16日发射成功,将与天宫一号目标飞行器进行手动交会对接。载人航天工程总设计师周建平说,神舟九号将全面验证交会对接技术,并进一步验证飞船作为天地往返运输工具的功能。
中国首次实施由航天员来完成的手动空间交会对接任务,将为中国2020年前后建立空间站奠定重要基础。
“这是一种新的技术能力,能够丰富交会对接的手段,从而进一步保证今后任务的成功。”周建平在接受记者专访时说。
周建平说,执行神舟九号任务的3名航天员中,一人用控制手柄操控飞船平移和靠拢,另外两人辅助他完成。
“从角色上说,航天员由‘乘客’变成‘司机’。”飞船系统总指挥何宇说。
美国海军军事学院中国太空计划专家琼·约翰逊·弗里泽对记者说,中国已在神舟八号的无人飞行中展示了自动对接技术,手动对接只是更进一步的验证。
中国航天员科研训练中心主任陈善广说,目前来看,人控操作所有的指标都优于自动控制。人的综合和协调处理能力,远远优于机器。
“在处置意外状况的时候,人脑比电脑更可靠。”何宇说。
历史上俄罗斯和美国的航天任务中,棘手的重大交会对接问题更多来自于自动交会对接,而不是手动,自动对接对设备的可靠性要求高。
然而,手动交会对接同样面临风险。何宇说,高速运动的两个飞行器要通过精准控制实现接触,地面又无法进行一比一的模拟验证。而手控交会对接要求一次成功,“一旦发生碰撞造成对接机构受损,就意味着天宫一号无法再次进行对接”。
“有点像航空中的加油机加油,要求非常高。”中国航天员科研训练中心副主任白延强说,手控交会对接还被比作“百米穿针”。
加拿大空间专家埃里克·希德豪斯说,手控对接的主要挑战体现在用于对接的光学传感器,以及飞船与天宫分离控制时的手控操作,作用力的不平衡会造成飞船姿态的大幅波动。
“人工控制是自动控制的冗余措施,有人参与的交会对接更保险。”陈善广说,但这也对航天员提出了新的挑战。
周建平说,神舟九号将进一步验证飞船作为天地往返运输工具的功能,能够通过不同的交会对接方式把人送进空间站或空间实验室并返回地面。
周建平表示,这个过程的实现将意味着中国具备向在轨运行航天器进行人员运送和物资补给的完整能力。这将是中国载人航天史上具有重大意义的一步。据新华社电
专家解读
开飞船、开飞机、开汽车三者的“同”与“不同”
航天员开飞船与飞行员开飞机、驾驶员开汽车有什么不同?据上海航天资深专家陶建中研究员介绍,这三者最大的区别在于改变方向和位移的力学原理不同。
人们熟悉的开汽车,是通过汽车轮胎与地面的摩擦力改变方向和位移;飞行员驾驶飞机在天空中飞行,是飞机和空气做相对运动,是根据空气动力学原理改变方向和位移;在太空微重力条件下,航天员驾驶飞船是根据“作用与反作用”的火箭原理,调节飞船的姿态和平移,调节轨道参数,使两个飞行器在同一个轨道上进行对接。
根据计划,我国3名航天员在驾驶飞船进行手控交会对接前,首先要回到神舟九号飞船,通过自主控制让神舟九号和天宫一号分离,飞船自主撤离至距天宫一号约400米处,然后自主控制接近天宫一号。在距离天宫一号140米处停泊下来,转由航天员手动控制。航天员通过操作姿态和平移控制手柄,瞄准天宫一号的十字靶标,控制飞船逐步接近天宫一号,使两个对接机构接触。
陶建中曾担任上海航天技术研究院交会对接大型地面试验系统负责人,他说:“当神舟九号上的主动对接机构碰撞上天宫一号的被动对接机构,对接过程就会自动开始,两个对接机构自动进行捕获、缓冲、校正、拉近、拉紧、密封、刚性连接等一系列动作,不需要航天员进行手动操作。”
由于去年神舟八号与天宫一号的对接非常完美,两个对接机构的强制校准功能没有用上。如果这次航天员驾驶飞船与天宫一号对接时,相对位移、角度、角速度等实际对接初始条件偏差较大,将可能造成对接碰撞时飞船出现较大偏差,两个对接机构就将进行牵制校准,对接时间也可能有所延长。
“开飞船、开飞机、开汽车,最大的相同点都是要有人来开,我国神舟八号与天宫一号的自动对接已经非常完美,为什么还要试验航天员手动对接呢?这主要是因为在太空中,人所具有的能力和作用,是任何设备都无法替代的。”陶建中说。
在太空将两个航天器对接起来形成
一个“组合航天器”的对接技术,是人类载人航天活动的一项关键技术。根据航天员参与程度的不同,目前世界载人航天交会对接控制方式分为自动控制和人工控制两种。两种控制方式各有优缺点,美国较多地应用手控方式,俄罗斯则较多地应用自动控制方式。
“我国将自动控制和人工控制两种交会对接方式都进行充分验证,两者互为备份,可以为今后建设空间站积累更多的经验。今后,在应对太空有可能出现的意想不到的复杂情况,航天员可以充分发挥人的判断力和控制力,起到仪器设备不能起到的作用。”陶建中说。