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当好"后勤""牵线"对接

2020年10月09日 10阅读 来源:闵行新闻 2018/07/16

9月29日晚,我国首个目标飞行器“天宫一号”成功发射,将在太空中静候“神舟八号”,首度验证中国人自己的空间交会对接技术。我们离在太空建“天宫”的目标又迈出了关键一步,中国载人航天工程“三步走”已成功地走了“一步半”。
  此次升空的“天宫一号”,凝聚着闵行人的无数心血与奉献:位于闵行航天城中的上海航天技术研究院的科研人员,义无反顾地承担起研制“天宫一号”资源舱和对接机构分系统等两大艰巨任务(还包括“神八”推进舱等研制工作);而闵行三中学生的“搭载濒临灭绝植物种子的探究”方案,也从全国近三千个方案中脱颖而出,搭乘“天宫一号”飞向太空;日后,“天宫一号”还有可能以实物形式入驻位于闵行的上海航天博物馆……

打造“天宫一号”的“后勤部长”

作为中国空间实验室的雏形,许多人并不陌生:在2009年的央视春节联欢晚会上,实验舱和资源舱这两大“宝贝”首次亮相。尽管那还是两个航天器模型,但仍然让人眼睛一亮。 
  实验舱,是用于航天员驻留期间在轨工作和生活。而资源舱是为天宫一号提供确保在太空运行的各种资源,包括动力、电源、气源等维持空间站内航天员生存环境和生命安全、保证空间站正常的飞行姿态,以及确保空间实验正常开展等必要的资源。因此,资源舱又被称为服务舱,是天宫一号的重要配套舱体。
  资源舱是在神舟飞船推进舱的基础上演变而来的,但又与推进舱有着很大的区别。
  从外表看,它与推进舱“个头”差不多,但里面的“内容”却大不一样:过去的推进舱与返回舱一同返回时,分离后即抛掉烧毁,在太空停留的时间很短;现在的资源舱将与空间站“生死与共”,不仅停留在太空的时间长,且服务内容更多,然而舱体空间却没有扩大。
   因此,要在“螺丝壳”里做好“道场”,上海航天人几乎是摸索着研制一个全新的舱体,其技术难度可想而知。
还有,考虑到“天宫一号”在轨工作时间较长,电源分系统的容量增大,电压增设,因此这一块也要重新设计。这次舱外太阳能大面积折叠电池板,由原来的24平方米增加到40平方米,大大增加太阳帆板在太空中伸展和锁定的难度,对飞船整体的稳定性也带了很大的风险。
   再有,航天人还要对有效载荷进行减负,因此,资源舱内许多地方采用新材料、新工艺,如他们大量运用了铝锂合金材料和复合材料,可“减负”15%-20%的重量,就是他们技术创新的很好实践。
   多少个日日夜夜,上海航天人奋战在实验室、车间厂房内,来回奔波在北京和上海之间。尤其是有些试验,是在经历了一次次不成功后,才迎来成功的“曙光”。当资源舱与“天宫一号”总体对接试验获得成功,疲惫的航天人脸上才露出胜利的笑容。
   上海航天人诙谐地说,我们的资源舱就是要做好天宫一号的“后勤部长”,为天宫一号提供源源不断的有效资源,确保我国第一座空间站在两年的工作期间内,不断出科学成果,创造中国航天的一个又一个的“第一”。

研制“太空之吻”的“牵线红娘”

相对于“天宫一号”的发射,“神舟八号”与“天宫一号”的空间交会对接难度要高很多。因此,一个月后两者的“太空之吻”也更加让人期待。要知道,“太空之吻”的“牵线红娘”也来自闵行。
  航天专家告诉记者,空间交会对接是指两个航天器在空间微重力环境下进行的轨道交会,完成碰撞、缓冲、导向和精确连接,然后在两个航天器之间形成密封过渡通道和电、气、液的连接。待在轨任务结束后,还将对两个飞行器实施分离。在  茫茫太空中,两个“8吨重”、时速达28440公里的飞行器进行如此精度的对接,简直近乎苛刻。
  对接机构由上海航天技术研究院负责总研制。航天专家说,对接机构是集成机、电、控制于一体的复杂系统,机构需要多次反复运动,协同工作,精度要求非常高,技术难度非常大。当今世界只有俄罗斯能够独立研制。
  据科研人员介绍,交会控制通常分为下列几个阶段,即远程导引段、近程导引段、绕飞段、平移段和靠拢段等5个阶段。而对接机构系统要完成空间对接,必须完成对目标航天器的接触与缓冲、捕获、缓冲与校正、对接面的拉紧并密封、保持刚性连接。
  缓冲的目的是消耗一部分两个航天器接触撞击后产生的能量,为捕获做好准备,以便形成柔性连接;而捕获成功是完成对接的前提,校正的目的是使两个航天器的姿态符合对接要求;对接面的拉紧与密封是两个航天器对接成功后,必须形成与真空环境完全隔离的通道,以确保航天员的生命安全。
  之后,还要一直保持良好的对接状态,根据飞行任务要求,短则几天,长则几个月。而任务完成后,两个航天器还要实施完好无损的分离。分离其实是一个交会对接的逆过程,取得可靠的分离同样非常关键,因为只有可靠的分离,才能确保航天员安全返回地面。
  空间交会对接是一个庞大的系统工程。我国载人航天工程于1994年就成立对接机构研究组,并由上海航天负责总研制。对接机构在我国是一项全新的空间技术,其中许多问题是以前从未遇到过的。但是上海航天人以智慧的拼搏,历时十多年,攻克一道道关键技术难关,主要包括系统设计技术、动力学仿真技术、关键单机研制技术、地面试验技术等。通过研制,掌握一项又一项具有自主知识产权的核心技术,同时造就一支技术能力强、能吃苦耐劳的科研队伍。
  对世人来说,我国的第一套对接机构产品在太空上演对接“大戏”的时候,无疑将是一个举世瞩目、令人激动的时刻。

推迟“人间婚礼”让位“宇宙约会”

今年6月初,平均年龄只有32岁的上海航天“天宫一号”试验队就已奔赴酒泉卫星发射中心,有些队员还是刚办过集体婚礼的“新人”,来不及度蜜月,有的队员则因为“天宫一号”发射的推迟而推迟自己筹备多时的婚礼,“人间婚礼”让位于“宇宙约会”。
  今年8月,上海航天“天宫一号”试验队员、镉镍电池主管设计师张璟进入酒泉基地,参与天宫一号发射前的试验工作。
按照试验队的计划安排,他所分管的工作于9月前就可测试交付完毕,这样,对他10月2日举行的婚礼来说,时间绰绰有余。然而,计划赶不上变化,由于“天宫一号”推迟发射,试验队决定对备份电池进行活化,这样,彻底打乱原先的婚礼计划。
推迟婚期说起来简单,但上海的婚宴等早已订妥,喜帖也已发给无锡、常州、上海三地的亲戚朋友。家里人都在为办好这场婚礼而忙忙碌碌,忽然传来要推迟婚期的消息,让大家措手不及。
  但是,“天宫一号”是国家任务,以国为重是航天人应有的觉悟。面对天宫一号的艰巨任务与个人婚庆的冲突,张璟顾全大局,毅然决定推迟婚礼。于是,他在基地用手机耐心地做新娘的思想工作。恳切的态度终于得到新娘和家人的理解。
  虽说婚期推迟了,但要处理好“后续事宜”并不简单。他说,“天宫一号”发射成功后,要诚恳地上门向新娘家人赔不是。


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