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太空快递准时抵达天宫

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来源:人民日报

作者:

2017-04-23 12:08:04

天舟一号送货上门
太空快递准时抵达天宫

本报记者 余建斌 喻思娈
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4月22日12时23分,距地面393公里的太空轨道,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接,为不久后的推进剂在轨补加即“太空加油”打下良好基础。

这是天宫二号自2016年9月15日发射入轨以来,首次与货运飞船进行的交会对接,也是我国第一艘货运飞船的首次“送货”并“停泊”到“太空之家”。

耀眼阳光下交会对接,考验“全天时”作战能力

天舟一号进入太空轨道后,一天要经历十五六个白天黑夜。进入阳照区时,温度最高可以攀升至150多摄氏度,进入阴影区时,温度则迅速下降至零下130多摄氏度。

但温度因素并不是影响交会对接的最大考验。中国航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生介绍,天舟与天宫的首次交会对接要在耀眼阳光下进行。这要求敏感器等设备在非常明亮刺眼的环境下找到标识目标,好比人们对着阳光看天上的物体,带来的考验比之前更难,将有力检验我国交会对接“全天时”作战能力。

从4月21日凌晨到22日,北京航天飞行控制中心的科技人员先后对天舟一号实施了5次远距离导引控制,精准到位,为顺利交会对接开了好头。

“天舟转自主控制!”在科技人员精确控制下,天舟一号在22日10时02分转入自主控制状态,来到天宫二号后下方52公里处,以自主导引控制方式向天宫二号逐步靠近。

约1个小时后,经过寻的段4次变轨,货运飞船成功进入5公里停泊点。在这里飞船要稍加停顿,判断综合状态,以便决定是否适合继续实施交会对接。

几分钟后,天舟再次向天宫缓缓进发。从5公里停泊点到400米停泊点,这几公里的距离,飞船走了40多分钟,其间需要执行一系列飞控科技人员提前注入的指令,包括帆板搜索捕获太阳、对接机构推出等。

400米,120米,30米……“天舟转最后靠拢!”“对接机构捕获!”货运飞船和天宫二号的对接机构像两双有力的手握在了一起。随后,对接机构顺利拉回锁紧,成功对接,两个飞行器建立刚性连接,形成组合体。

22日12时23分,“太空快递”准时送到了天宫二号空间实验室。

茫茫太空“穿针引线”,航天器“眼睛”再受考验

据航天专家介绍,天舟一号的交会对接能力,比神舟飞船有了质的飞跃,具备了360度相位差的交会对接能力,本次天舟一号和天宫二号在飞行轨道的任意相位差条件下均可实现完美对接。天舟一号又新增加了星敏感器,将确保货船交会对接过程中的姿态更加精准。

不过,这次毕竟是货运飞船首次“服役”,中国航天科技集团五院技术专家刘宗玉说,由于货运飞船发动机的配置数量、推力大小和神舟飞船都不一样,所以本次交会对接,实际上是对现有技术实现的又一次验证。

在整个交会对接过程中,天舟一号需要掌握天宫二号的距离、速度等数据,然后调整姿态,慢慢靠近直至成功对接。在此前多次交会对接任务中应用的微波雷达、激光雷达和光学成像敏感器等交会对接测量敏感器,作为此次货运飞船在茫茫太空中“穿针引线”的“眼睛”,再次接受了考验。

微波雷达担负着中远程距离精确探测的任务,开启后准确捕获目标,并实现该对接段高精度测量和稳定跟踪,完成使命,将接力棒交给了下一阶段的导航“选手”。中国航天科工二院二十五所微波雷达总师孙武介绍,此次交会对接中,天舟一号上的微波雷达相比第一代功勋雷达进行了一系列优化设计,体积、重量减少一半,功耗减小1/3。随天宫二号在轨飞行的微波应答机也是第二代新研产品,体积、重量减小至原来的一半,功耗降低至原来的60%,比第一代产品更好用、更可靠。

在交会对接接近段和靠拢段中,激光雷达必须迅速准确地完成对天宫二号目标飞行器的搜索、捕获、跟踪测量。“在对接过程中,两个飞行器飞行速度为每秒7.9公里,要在如此速度下完成绕飞对接和快速交会对接,这就要求激光雷达始终保持较为宽广的视角和更高精度的测量跟踪。”中国电科激光雷达总师屈恒阔说。

从天舟一号和天宫二号距离150米开始,直到最终精准对接,光学成像敏感器像“眼睛”一样,让两个高速运行的飞行器更加迅速、可靠地对接在一起。“导航定位激光信息源是光学成像敏感器的关键组件,在漆黑的太空,它能发出激光,在黑暗中找到目标,传递信息;在面对太阳强光直射时,也能发射出比阳光更加明亮的双波长激光,确保‘眼睛’不被伤害,找到目标。”中国电子科技集团公司高级工程师刘志强说。

对接机构2.0版精度提高一倍,实现“重量级”航天器偏心对接

“如果把神舟八号载人飞船对接机构称为第一代对接机构,那么天舟一号货运飞船对接机构可称为第二代产品,这次是第二代的首飞。”中国航天科技集团八院载人飞船系统、空间实验室系统副总设计师张崇峰说。

天舟一号和天宫二号顺利对接,和之后的推进剂补加顺畅进行,离不开载人航天的关键技术——对接机构。此次交会对接,对接机构不仅仅实现对接作用,还要首次实现在轨推进剂补加,因此科研人员推出了对接机构2.0版。

中国航天科技集团公司八院对接机构主任设计师邱华勇说,对接机构并不直接参与空间推进剂补加任务,但它为补加任务提供了平台和初始条件。在轨推进剂补加,主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补加液路浮动断接器来实现。这就相当于加油的管路和油枪都安装在了第二代对接机构产品上。油枪能否准确无误地插入加油口,那就得看对接的初始精度了。天舟一号要顺利地把推进剂供给天宫二号,两个对接机构必须对接得严丝合缝,这对空间交会对接的精度提出非常高的要求。此次液体推进剂补加技术的空间交会对接,要求精度提高一倍。

十几吨的天舟一号和8吨多的天宫二号的对接,实现了“重量级”大吨位航天器的偏心对接,这不同于以往两个都是8吨级航天器的神舟飞船和天宫飞行器对接,难度更大。未来的空间站建造阶段,从8吨到180吨的各种航天器,都要实现各种方式对接。更大型航天器的交会对接将会产生巨大的对接能量,对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求,这也是空间站建设必须突破的一项技术。这次的对接机构2.0版在实战中经受了检验。

[责任编辑:杨凡、邹玉鉴]

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