“神八”如何追夢(mèng)“天宮哥”

“天宮哥”第一次“天地對(duì)話”

2011年11月18日14時(shí)30分至16時(shí)30分，“天宮一號(hào)”通過在騰訊的獨(dú)家官方微博，與“太空粉絲”開展了一場命名為“天地對(duì)話”的微訪談活動(dòng)。在“天宮一號(hào)”與“神舟八號(hào)”飛船成功經(jīng)過了兩次對(duì)接分離，而后“神八飛船”又于17日晚成功回收之際，這次前所未有的微訪談，被視為慶祝中國載人航天首次空間交會(huì)對(duì)接圓滿成功的重要活動(dòng)。

中國載人航天工程辦公室副主任、中國首飛航天員楊利偉曾談到，開設(shè)“天宮一號(hào)”科普微博的目的，就在于搭建一個(gè)宣傳載人航天工程的公眾通道，讓航天知識(shí)普及千家萬戶。作為我國首個(gè)由中國載人航天工程辦公室獨(dú)家授權(quán)的官方科普微博，從9月21號(hào)正式入駐騰訊微博至今，“天宮一號(hào)”微博兩個(gè)月的時(shí)間里，已經(jīng)迅速吸引了超過129萬“天宮粉絲”，其發(fā)出的百余條微博中展示出生動(dòng)俏皮的個(gè)性，被“天粉”們親昵地稱為“天宮哥”。

“天粉”們的問題多是關(guān)注此次“天宮一號(hào)”升空與“神八”完成兩次對(duì)接的過程，同時(shí)也有很多有趣的問題，不時(shí)讓人忍俊不禁。有的問道：“天宮一號(hào)”你好，我是一名高三學(xué)生，看到祖國的航天事業(yè)蒸蒸日上，真的很高興!想問你：太空站建成后，可以容納幾名航天員工作?航天員又是怎樣來往天地之間的呢?”

“天宮一號(hào)”回復(fù)道：“我國將于2020年前后建成載人空間站，按照60噸級(jí)的規(guī)模設(shè)計(jì)建造。屆時(shí)，航天員將乘坐“神舟”系列飛船往返于天地之間。此外，還有專門的貨運(yùn)飛船完成貨物補(bǔ)給。到那時(shí)，希望你和你的同學(xué)們能夠加入到這項(xiàng)偉大的事業(yè)中來!”

還有的提問則是對(duì)“天宮一號(hào)”的未來充滿了期待：“在‘神九’去找你之前，這么長時(shí)間，你還有什么特別的任務(wù)?…天宮一號(hào)”回答：“在‘神九’到來之前，主要是開展空間科學(xué)和航天醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及空間站技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，還挺忙的!”

在此之前，“天宮一號(hào)”官方微博還開創(chuàng)性地全程直播“天宮一號(hào)”在發(fā)射籌備、升空運(yùn)行和空中交會(huì)對(duì)接的具體情況，發(fā)出了我國載人航天第一條“太空微博”。與“神舟八號(hào)”飛船對(duì)接的歷史時(shí)刻，“天宮哥”甚至在微博上驚嘆：“終于看清楚了!‘神舟八號(hào)’已出現(xiàn)相距30米的后方。可把你盼來了，真是激動(dòng)啊!共同努力吧!”

“神八”如何追夢(mèng)“天宮哥”

實(shí)現(xiàn)飛船與飛船、飛船與空間站、航天飛機(jī)與空間站之間的交會(huì)對(duì)接，是一個(gè)非常復(fù)雜和充滿浪漫色彩的太空景觀。蘇聯(lián)和美國都是經(jīng)過了大量的試驗(yàn)才掌握了交會(huì)對(duì)接技術(shù)的。

交會(huì)對(duì)接一般是發(fā)射一個(gè)航天器，與已經(jīng)在軌道上等待的另一個(gè)航天器或空間站交會(huì)對(duì)接。兩個(gè)航天器在太空交會(huì)對(duì)接飛行有明確的分工，一個(gè)是被動(dòng)的，基本不作機(jī)動(dòng)飛行，稱為目標(biāo)飛行器，比如“天宮一號(hào)”；另一個(gè)是主動(dòng)的，要不斷調(diào)整飛行軌道，主動(dòng)接近目標(biāo)飛行器，稱為追蹤飛行器，比如“神舟八號(hào)”載人飛船。

要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器在幾百千米的太空軌道上交會(huì)，首先對(duì)追蹤飛行器的發(fā)射時(shí)間提出了嚴(yán)格苛刻的要求。為什么呢?

這是因?yàn)橐粋€(gè)航天器或空間站已經(jīng)在太空運(yùn)行，它有固定的軌道和軌道周期，在它圍繞地球運(yùn)行的同時(shí)，地球也在不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，而要與它交會(huì)的追蹤飛行器是從地球上發(fā)射的，當(dāng)它豎立在發(fā)射架上的時(shí)候，就與地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)射后，它要追趕在軌道上運(yùn)行的航天器或空間站，那么，什么時(shí)候發(fā)射?發(fā)射后要按照什么軌道飛行，它們才能在規(guī)定的時(shí)間地點(diǎn)會(huì)合?這就不是隨意的了。它需要周密精確地計(jì)算。因此，什么時(shí)間發(fā)射飛船就有了嚴(yán)格的限制，發(fā)射后它們之間的位置關(guān)系或稱相位關(guān)系就確定了。比如必須從上午11點(diǎn)29分到12點(diǎn)30分這一段時(shí)間內(nèi)發(fā)射，才能保證追蹤飛行器到規(guī)定的空間位置剛好目標(biāo)飛行器或空間站也飛到這一位置，這之間只有5分鐘的時(shí)間間隔。這個(gè)允許的發(fā)射時(shí)間間隔還有一個(gè)名字，科學(xué)家稱為“發(fā)射窗口”。只有在這個(gè)窗口內(nèi)發(fā)射，追蹤飛行器才能與目標(biāo)飛行器或空間站會(huì)合。這個(gè)窗口的大小，不同的航天器、不同的發(fā)射位置是不同的，但都是非常嚴(yán)格的。可能有人問，如果飛船的發(fā)射沒準(zhǔn)備好，錯(cuò)過了這個(gè)時(shí)間怎么辦?那就對(duì)不起，再等下一撥吧，只有在目標(biāo)飛行器或空間站下一次再飛到同一個(gè)位置時(shí)再發(fā)射飛船。

概括起來說，交會(huì)對(duì)接過程可以分為地面導(dǎo)引、自動(dòng)尋的、接近停靠、對(duì)接合攏幾個(gè)階段。

地面導(dǎo)引階段。追蹤飛行器在地面控制中心的控制下，經(jīng)過若干次變軌機(jī)動(dòng)，進(jìn)入到追蹤飛行器上的敏感器能捕獲到目標(biāo)飛行器的范圍，這個(gè)范圍一般為15～100千米。

自動(dòng)尋的階段。追蹤飛行器根據(jù)自身攜帶的微波和激光敏感器測得的與目標(biāo)飛行器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，自動(dòng)引導(dǎo)追蹤飛行器到目標(biāo)飛行器附近的初始瞄準(zhǔn)點(diǎn)，這個(gè)瞄準(zhǔn)點(diǎn)一般距目標(biāo)飛行器0.5～1千米。

接近停靠階段。追蹤飛行器首先要捕獲目標(biāo)飛行器的對(duì)接軸，當(dāng)對(duì)接軸線不沿軌道飛行方向時(shí)，要求追蹤飛行器在軌道平面外進(jìn)行繞飛機(jī)動(dòng)，以進(jìn)入對(duì)接走廊。此時(shí)兩個(gè)飛行器之間的距離約100米，相對(duì)速度約1～3米/秒。追蹤飛行器利用由攝像敏感器和接近敏感器組成的測量系統(tǒng)，精確測量兩個(gè)飛行器之間的距離、相對(duì)速度和姿態(tài)，同時(shí)啟動(dòng)小發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)動(dòng)，使之沿對(duì)接走廊向目標(biāo)最后逼近。

對(duì)接合攏階段。追蹤飛行器關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，以0.15～0.18米/秒的停靠速度與目標(biāo)相撞，最后利用對(duì)接裝置使兩個(gè)航天器在結(jié)構(gòu)上緊緊連在一起，完成信息傳輸總線、電源線和流體管線的連接。這個(gè)時(shí)候，兩個(gè)飛行器組成一個(gè)組合體聯(lián)合飛行，再進(jìn)行對(duì)接面的各項(xiàng)檢查，特別是密封情況的檢查。確認(rèn)密封沒有問題后，交會(huì)對(duì)接過程就完成了。此時(shí)，航天員就可以打開艙門，進(jìn)入主航天器里面，進(jìn)行換班交接和貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)。

飛船和目標(biāo)飛行器(主航天器)完成組合體飛行期間的各項(xiàng)任務(wù)后，就要分離返回。現(xiàn)在，讓我們?cè)賮砜纯此鼈兪窃鯓臃蛛x。

當(dāng)組合體聯(lián)合飛行，完成預(yù)定的各項(xiàng)任務(wù)后，追蹤航天器就要與目標(biāo)飛行器分離。分離后，目標(biāo)飛行器繼續(xù)在軌道上飛行，追蹤航天器如果需要返回地面，將按預(yù)定的程序進(jìn)入返回軌道返回，不回收的飛船將進(jìn)入大氣層燒毀。

組合體分離的第一道程序是關(guān)閉艙門，斷絕返回航天器與主航天器之間的艙內(nèi)空氣聯(lián)系，并保證分離后主航天器對(duì)接口和返回航天器艙門的密封性，使艙內(nèi)的氣體不至發(fā)生泄漏，保持完全密封的環(huán)境。

在檢查密封性，確認(rèn)完全滿足要求后，開始對(duì)接機(jī)構(gòu)的解鎖程序，使返回航天器與主航天器之間的連接鎖定機(jī)構(gòu)脫離，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器之間的機(jī)械連接完全解脫。