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6月18日拍摄的北京航天飞控中心大屏幕显示的航天员景海鹏、刘旺、刘洋在天宫一号实验舱内的画面。
“感觉良好!”18日17时07分,当顺利从飞船进入天宫一号的航天员景海鹏向地面发出报告时,神舟九号飞船和天宫一号组成的组合体已平稳飞行近3个小时。
这是中国航天员首次进入在轨运行的航天器,标志着中国载人航天飞行由验证性飞行试验完全过渡到“真正有人参与的空间飞行试验”。
景海鹏、刘旺、刘洋仿佛灵活的鱼,先后顺利通过对接通道“游”进天宫一号。这舱门间的穿越,实现了中国载人航天的又一次历史性跨越。
16日发射的神九飞船进入预定轨道后,经过4次变轨,于18日中午抵达距天宫一号后下方52公里处,彼此建立稳定的空空通信链路,开始自主导航。
400米、140米……飞船在距离天宫一号30米停泊点进行最后一次停泊后,以0.2米/秒的相对速度缓缓接近天宫一号。两个飞行器上的对接机构先后完成捕获、缓冲、拉近和锁紧,独自在太空等待了215天的天宫一号与载客前来的神舟九号稳稳地连接在了一起。
记者在北京飞控中心大屏幕上看到,景海鹏先是顺利地打开飞船轨道舱前舱门,然后在刘旺、刘洋帮助下,进入直径为不到1米的对接通道,稍作停留后熟练地打开了天宫一号舱门。
这时,一个崭新的空间呈现在了航天员面前。
航天员通过对接通道进入天宫的动作,就像是在游泳,蓝色的舱内工作服使他们看上去宛若漂游在大海中的“蓝鲸”。
进入新“家”的3位航天员显得十分兴奋,失去重力的他们,相互扶持着在摄像机镜头前向收看电视直播的亿万观众挥手致意。
圆梦天宫。中国载人航天工程航天员系统总指挥陈善广用“如梦如幻,如诗如画”评价3位航天员的表现。
“对航天员的真正考验,将是6天后的手动控制交会对接。”中国载人航天工程总设计师周建平说,“如果能够顺利实施,意味着中国完全掌握了空间交会对接技术,表明我们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。”
在未来组合体“牵手”飞行的10多天里,3位航天员除返回飞船轨道舱就餐外,将在“天宫”中进行科学实验、技术试验、锻炼和休息。
作为建立空间站的关键技术,神舟八号于2011年11月成功完成与天宫一号的首次自动交会对接。“15立方米空间的天宫一号还只是航天员的临时住所,待到8年之后建造更大的空间站,中国航天员将会在太空中真正拥有长期居住的家园。”周建平说。
北京飞控中心精控妙测
神舟九号减少一次变轨
由于科技人员的精测妙控,神舟九号飞船在与天宫一号交会对接前原定实施5次变轨,实际只实施4次就被准确导引至天宫一号后下方52公里处的交会对接入口。
据北京航天飞行控制中心研究员唐歌实介绍,中心通过精密定轨和精确的轨控效果标定,研究分析认为第5圈和第19圈轨道控制将对轨道面产生一个固定偏差,因此可以利用这个偏差,来替代第13圈的轨道面修正,从而取消原来设计的轨道面修正控制,将原来设计的5次变轨减为4次,在简化飞行控制操作的同时,也提高了航天员和飞行控制的安全性和可靠性。
解读神九任务
航天员飞行手册
在神舟九号飞船发射过程中,人们通过电视屏幕,看到3位航天员一直注视着手中的飞行手册。
飞行手册是什么?是谁设计的?有哪些作用?带着疑问,记者采访了航天员系统总体室副主任陈欣。
陈欣介绍,飞行手册可以说是航天员的行动指南,融汇了工程总体以及各大系统对飞行乘组的要求。
神九任务飞行手册共计6类8册,包括正常飞行手册、交会对接手册、飞船应急与故障处理手册、目标飞行器应急与故障处置手册、飞船操作指南(上、下)、目标飞行器操作指南(上、下)。神九任务飞行手册由航天员系统总体室负责研制。
航天员的行动指南
神九与天宫一号自动交会对接
和神八对接有四个不同
北京航天飞行控制中心副主任麻永平18日在接受新华社记者采访时,详细介绍了神九与天宫一号自动交会对接和神八对接的四个不同点。
——飞船手动控制系统首次加电。这是神九飞船与天宫一号自动交会对接的一项重要备份手段。在自动交会对接过程中,如果出现异常情况,可以由航天员实施手动对接或撤离。——对接在阳照区进行。神九飞船从400米停泊点到对接接触全过程均在阳照区内进行。——航天员首次进入天宫一号。这次任务中,神九飞船将与天宫一号实现空间连通;航天员将首次进入在轨的天宫一号驻留,并开展空间科学应用与试验。——应急手段进一步完善。与首次无人交会对接任务相比,增加了50多种应急交会对接模式,进一步提高应急情况下成功实施自动对接的可靠性。
关键节点一目了然
航天员在太空飞行中,可能会面对各种各样的飞行状况,包括正常飞行、应急处置以及故障处置,在13天的飞行中,航天员需要充分高效运用近千页的飞行手册。
如何做到既满足航天员的使用需求,又符合工程各分系统的技术要求,航天员系统总体室在研制手册的过程中,采用不同的字体和颜色块,将正常飞行程序、注意事项和重要步骤等环节区分开来。此外,在编辑过程中,还广泛征求航天员意见,充分吸取以往飞行经验,保证了飞行手册的科学性和可靠性。
陈欣说,研制手册就像是炒一盘菜,前提是把大家提供的主料配料都要放进去,然后这盘菜怎么下料,最后怎么出锅,那都是要经过大厨仔细考虑的。
“现代嫦娥”向世界展示“中国魅力”
继16日成功赴太空“约会”,神舟九号18日与天宫一号顺利“拥吻”,成功实现了中国首次载人交会对接。此举是中国载人航天事业实力的最新展示,受到世界各国媒体的高度关注和赞誉。
“雄心勃勃”“了不起的一步”“里程碑意义”“多个第一”“航天大国”……成为国际媒体和专家评论中国此次航天任务的关键词。
国际媒体和专家纷纷将之形容为中国探索太空计划的“最新举措”,认为这是中国太空实力的“最新展示”,将使中国朝着在2020年建成太空站的目标又迈进一步,推动中国进入空间科学时代。
对于中国这一太空探索的新里程碑,英美媒体给予高度评价。英国广播公司认为,这次载人交会对接成功代表着中国航天史的多个“首次突破”,即首次载人空间交会对接、首次实施手动交会对接、航天员首次进入天宫一号停留、首次有女航天员飞行、首次实现十余日载人飞行等。美国《洛杉矶时报》说,“神九”与“天宫”交会对接是重大突破,标志中国进入了过去只包括美国和俄罗斯的自主航天“顶级俱乐部”。
首位登陆太空的女航天员刘洋此次成为外媒关注的焦点人物,被称为“现代嫦娥”。特别是她在成功对接后的嫣然一笑,向世人展示了非凡的东方魅力,打动了无数地球观众。其实,“现代嫦娥”还代表了神舟九号以及整个中国载人航天事业,中国航天发展进程更像是一部现代版的嫦娥奔月故事。
在神九任务过程中,航天员需要在太空工作、生活13天,在这13天里,航天员的每一个操作程序都可以在飞行手册中查到,其中包括各种意外情况的处置程序。
陈欣介绍说,我们把故障类问题写在应急与故障类手册中,还画了流程图,遇到故障该怎么处置,手册里清清楚楚。
各种情况从容应对
解读一
打开“天宫”之门
从神舟九号对接上天宫一号到航天员进入“天宫”,时间近3个小时。通往“天宫”之门为什么这么难开启?
中国航天员中心选拔训练研究室主任吴斌说,从神舟九号进入“天宫”的路上,航天员要先后打开三道门:飞船返回舱与轨道舱之间的门、轨道舱前舱门和天宫一号舱门。后两道门通过对接通道相连,在打开其中每一道门之前,航天员都要进行舱门检漏、舱压平衡等操作以保证安全,这个操作过程是需要较长时间的。
记者从北京飞控中心大屏幕的实时画面上看到,在打开最后一道门——天宫一号舱门之前,景海鹏首先从工具箱中取出“钥匙”。这并不是我们常见的钥匙,而是一把三四十厘米长的金属把手,相当于把一枚“螺母”套在舱门开门机构的“螺帽”上。
虽然地面试验中航天员开门并不难,此前科研人员们还是有过担心:天宫一号关闭了这么长时间,会不会打不开?不过,画面显示,景海鹏并没有太费劲,就打开了“天宫”之门。
神舟七号飞行的出舱环节中,翟志刚与刘伯明在打开舱门时颇费了些周折。“那道门内外是不同的空间环境与飞船舱内环境,虽然开门前舱内已经卸压,但仍然会存在一定的压力差,所以开门比较费力。”飞船系统副总设计师朱光辰解释说,这一次,天宫一号舱门的两头都是密封舱,压力完全平衡,因此操作相对顺利多了。
解读二
对接“天衣无缝”的秘密
当神九与天宫完美对接的那一刻,上海航天技术研究院805所报告厅里的欢呼声响成一片,作为对接机构的研制单位,每个人脸上都洋溢着自豪的笑容。33岁的耿海峰是对接机构副主任设计师,他向记者讲述了神九与天宫对接得“天衣无缝”的秘密——密封圈。
“当神舟九号与天宫一号对接成功后,通道被打开,两个连接体将形成一个大的密封舱。为了保证航天员在舱内的安全,整个密封舱的密封性至关重要。如何保证百分之百的密封性,密封圈是其中的关键点。”耿海峰说。
密封圈被安放在神舟九号主动对接结构的对接面凹槽里。与人们生活中常见的“O型”密封圈不同,神九对接机构上的密封圈呈“T型”,被卡在凹槽里,在空间不受力的情况下,不会自动脱落。
在与天宫一号对接前,安装在神九对接机构上的密封圈是“裸露的”。在太空的严酷环境中,密封圈要经受住100摄氏度至零下75摄氏度的高低温考验,还要经得起各种太空辐射,这对于制作密封圈的一般材料“硅橡胶”来说,几乎是不可能的,因为硅橡胶在低温环境下有“脆变”特性。
为了研究抗脆的特殊密封圈材料,耿海峰带领科研团队从2002年开始,前后进行了长达6年的科技攻关。2008年单件产品成功研制后,又与整机一起进行了各种验证试验,克服的困难数不胜数。
“去年,神舟八号与天宫一号成功对接后,我们对数据进行了详细的分析和总结,两个航天器密封性能十分安全可靠,与当初的设计完全吻合。与去年相比,今年的心情已经不再那么紧张了。”耿海峰说。
神九与天宫对接后,航天员从直径80厘米的圆形通道进入天宫一号。为了确保航天员顺利通过通道,805所设计师在地面上曾进行了各类模拟试验。
神九与天宫的对接机构由上海航天技术研究院149厂总装和调试。据对接机构总装组组长、特级技师王曙群介绍,为了确保密封面的质量,149厂在生产、加工和总装过程中,都制定了严格的全过程保护措施。
对接框零件状态密封面加工完成后,采用单面胶保护膜进行贴膜保护;周转期间有专用的包装箱,交付总装时,对接框有专用保护垫;在飞船进行综合测试过程中,对接框也有专用的工装保护,直至火箭整流罩扣罩前才拆下。环环相扣,精细操作,确保不留一丝隐患。
解读三
精确精确再精确
航天器空间交会对接,被形象地比喻为“百米穿针”。对于搭载着景海鹏、刘旺、刘洋3位航天员的神舟九号飞船来说,在与天宫一号的交会对接过程中,精确显得尤为重要。
“只有精确,才能避免风险;只有精确,才能确保安全;只有精确,才能取得成功。”载人航天工程测控通信系统总设计师钱卫平说,“我们的任务就是,精确、精确,再精确。”
远距离导引到交会对接的第一步,神舟九号需要从数千公里外的地方被导引至距天宫一号后下方52公里处的交会对接入口。
“远距离导引控制带来的控制频度之密,控制精度要求之高,前所未有。”北京航天飞行控制中心副主任麻永平说,两个航天器均以每秒7.8公里的速度高速飞行,要准确控制这两个高速动态飞行器的相对位置和相对高度,就好比在太空中打两个“移动靶”。这个艰巨任务由地面测控系统来完成。
从相距52公里处,神舟九号开始利用飞行器上微波雷达、激光雷达等测量设备,获得和天宫一号的相对距离和相对姿态等信息,根据预先设计好的程序计算出飞船继续前进的轨迹和速度,逐渐逼近天宫一号。
要使神舟九号和天宫一号对接机构能够顺利捕获,误差必须保持在十几厘米范围内,这种导航精度,对飞行的安全性、天地协同的时效性,都提出了极其苛刻的要求。
“为了解决难题,飞船上装备了现代化的测量手段,距离的测量精度能达到厘米级。”钱卫平说。
当神舟九号和天宫一号的对接机构刚一接触上,飞船上的发动机开机,对飞船进行加速。对接机构按照捕获、缓冲、拉近、锁紧四个阶段,完成对接,并保证密封。
在神九天宫载人交会对接任务过程中,组合体将至少进行两次分离,一次是手控交会对接之前,神九将与天宫短暂作别;一次是航天员返回前,神九将与天宫永久作别。
“相见时难别亦难”,两个航天器能否分离成功,是交会对接任务完整过程的最后一步,也意味着未来航天员能否顺利从空间实验室或者空间站撤离。
分离是对接的反过程,对接时锁得紧,分离时必然就困难。对接机构上的12把结构锁,每个锁的拉力都是数吨级。为保分离采取了4重备份。
本版稿图据新华社、《北京晚报》等