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自動化技術在天宮壹號和神八的對接中的應用?

與天宮壹號發射窗口寬度為15分鐘不同的是,神舟八號飛船的發射窗口將是壹個精確到秒的“零窗口”。張道昶說,在空間交會對接飛行試驗過程中,天宮壹號與神舟八號的發射時間是相互關聯的。天宮壹號發射升空以後,將會建立壹個對接軌道。神舟八號必須要按照進入對接軌道的需求確定精確的發射窗口,以使飛船入軌後與天宮壹號形成軌道***面。發射前天氣是影響“零窗口”發射的重要因素,在發射前,酒泉衛星發射中心根據接收天文平臺報時給出的實時天氣狀況將做出是否適合發射的判斷。郭忠來說,壹旦確定發射,點火控制終端最終實施自動點火,而不再需要人工按鈕點火。

神八與天宮壹號對接後,英國廣播公司(BBC)是第壹批發布天宮壹號和神八對接這壹消息的外國媒體。它在報道中寫道,3日淩晨的這次對接發生在340公裏的中國高空。整個過程是全自動的,但北京航天飛行控制中心在地面實行監控。“神八”和“天宮壹號”兩個飛行器利用雷達和光學傳感器測算彼此的距離,引導著它們慢慢靠近並成功對接。從飛行器發回地球的視頻中可清楚看到兩個飛行器緊密對接的最終時刻。自最初接觸到最終確認成功對接***耗時10分鐘。

據了解,要實現兩個航天器在太空的“相遇”和“相連”,也就是交會對接,就必須清楚兩個航天器當時的飛行狀態參數,例如飛行的速度、相對的角度和之間的距離等等。當了解了這些數據,強大的計算機系統就可以計算出控制指令,“命令”他們朝“相遇點”前進。神八飛船與天宮壹號從對接機構接觸開始,要在15分鐘內完成捕獲、緩沖、拉近和鎖緊四個過程,最終實現兩個航天器之間的剛性連接,形成組合體。至此,第壹次交會對接任務結束,而這15分鐘內的大部分事件,是在中國上空完成的。而這些高級的操作都是電腦自動執行的。

天宮壹號實驗艙前段安裝了壹個交會對接結構,這是天宮壹號目標飛行器和神舟飛船進行對接聯通的關鍵所在。2002年起上海航天技術研究院就開始研制對接裝置,已經進行了大量的地面試驗,2009年進入初樣研制階段,從天宮壹號的視頻和圖片看,中國的對接裝置仿制俄羅斯APAS-89對接裝置,公開報道中和APAS-89壹致的0.8米內部直徑也驗證了這壹猜測。從現有資料看,中國的交會對接將使用高精度的激光雷達測量相對姿態,這是俄羅斯並未投入實用、歐日在ATV/HTV中開始使用的新技術,這說明中國載人航天技術並不僅是學習俄羅斯的成熟技術,而是著眼技術前沿,博采眾家之長。

神八飛船入軌時,兩個飛行器相距近1萬公裏。迢迢星河,如何飛渡?國內7個測控站、3個飛控中心、3艘遠洋測量船、國外5個測控站、3個國際聯網合作站,再加上太空中的兩顆中繼衛星,組成了陸海天基“三位壹體”的載人航天測控網,為神八和天宮壹號的約會之旅全程保駕護航。

神八經過5次變軌,在天宮壹號後下方約52公裏處,捕獲目標,開始自主導航。而在10月30日19時34分,在北京航天飛行控制中心的控制下,天宮壹號偏航180度,建立倒飛姿態,這標誌著天宮壹號已為實施首次空間交會對接做好了準備。神八到達天宮後下方約52公裏位置後,轉入自主導引控制。在正常情況下,能不能找到天宮壹號並順利對接,就得靠神八的“慧眼”了。這壹關節點分成三個階段:尋的段、接近段、平移靠攏段。通過自主導引從52公裏處到達天宮後下方5公裏處,神八就完成了尋的任務。然而,短短的5公裏它將進行4次“剎車”,等到測控通信系統對兩個飛行器狀態進行監視檢查、確認不會“撞車”後,才能繼續靠近。從對接機構接觸開始,神八飛船與天宮壹號要在15分鐘內完成捕獲、緩沖、拉近和鎖緊四個過程,最終實現兩個航天器之間的剛性連接,形成組合體。至此,第壹次交會對接任務結束,而這15分鐘內的大部分事件,是在我國上空完成的。而這壹切,都是通過安裝在飛船與目標飛行器上的對接機構來完成的。這是我國目前最復雜的空間機構,由上萬個零部件組成。這次的對接機構是我國歷時十幾年完全自主研發的。第壹次對接完成後,天宮壹號與神八以組合體飛行模式飛行,通過天宮壹號完成控制,神八處於停靠狀態。組合體在軌飛行12天左右,將擇機進行二次對接。對接機構解鎖,兩個飛行器分離,按程序進行二次對接後。與天宮壹號二次分離後,神舟飛船將由倒飛轉入正飛狀態。此後飛船返回再入大氣層後,將降落在內蒙古主著陸場區。至此,神八飛船完成其歷史使命。