关于神舟十一号牵手天宫二号
要是为飞船的轨道机动、交会对接、姿态控制以及返回制动等提供动力。日前,华商报记者对航天科技集团六院801所货运飞船主任设计师王维和航天六院质量技术部副部长谭松林进行了采访。
这次发射任务对于推进分系统来说,面临着哪些考验?
王维:太空接近真空,没有大气层,太阳直射下温度会很高。如果发动机部位正对太阳接受很长时间照射,温度甚至可能达到100 以上。这么高的温度和复杂的热环境对于推进系统来说,是个严峻的考验。为经受住这些考验,我们对推进系统的热控方案也进行了改进。
为什么会要求单台发动机达到数十万次的启动次数?
王维:天宫二号上配置的发动机有26台,神舟十一号上配置的发动机是48台,共74台。他们大小不一、推力各异。其中,有三种小推力发动机是姿控发动机,它们不像变轨发动机数次变轨之后就完成了工作,在飞船整个飞行过程中随时可能发生偏差,那么就随时需要重启,它们是一直不停地在工作。所以根据任务要求,有的发动机启动次数要达到单台45万次以上,实际上可达到60万次以上,有一定的可靠性余量。所有这些,都是为了保证安全。
不同的推力,实现的是不同的调整效果,大姿控负责粗调,小姿控负责细调,还有的负责反推和平移。总之,航天器在太空中的“一举一动”,包括轨道提升、轨道修正、姿态控制、交会对接平移、返回再入制动等等都得靠这些发动机提供动力。
这次任务中最难的是什么?
王维:当然是交会对接。交会对接是个精确的制导过程,发动机推力的精度对交会对接成功与否至关重要。在太空中,飞行器处于没有阻力的状态,即便给一个很小的力,也可能导致飞行姿态很大的变化。有这么一个说法,“在太空中即便是被一只蚂蚁踢了一脚,也可能让你转很多圈。”所以在飞行过程中要控制飞行姿态,就必须要求推力非常精确。
交会对接有几个步骤?
谭松林:从相距5公里开始,神舟十一号和天宫二号以特定速度开始对接,两名航天员对神舟十一号发出对接指令,姿控发动机精准保持着对接航道。随后还要经过400米、120米、30米几个“站点”的“停泊”,而每次停靠时都要看看位置、姿态、距离是否合适,并根据情况进行调整。
如果到120米时,两个航天器的情况不合适,就要改为手动对接。而到了30米时,飞船上像手一样的捕获锁就伸出来了,像手一样把天宫二号紧紧抓住。当飞船和天宫的对接环完全对上以后,对接环里的12把钩锁就紧紧地钩钉在一起。至此,两个航天器实现“太空一吻”。
王维:交会对接完成以后,飞船处于停靠状态。神舟十一号的推进分系统只起到参数监测作用,不再提供推力。这时整个组合体的姿态控制,由天宫二号推进分系统来完成。而交会对接的完成,只意味着整个飞行任务完成了一半,此后,还有两器分离、离轨驱动、返回舱返回的任务。
专家解读“红娘锁”
中国航天科技集团公司第八研究院对接机构研究室主任靳宗向在沪向记者解读被形容为“红娘锁”的对接机构的重要性,以及此次“红娘锁”要维持30天的技术难度。
中国是继美、俄后,世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家,靳宗向说,对接技术是中国载人航天发展所必须的核心关键技术;中国“红娘锁”,经过16年的自主研发,2011年已首次应用于神舟八号与天宫一号的中国首次空间交会对接任务。
而此番“红娘锁”所面临的新挑战是:中国航天员迄今最长太空驻留期间,怎么验证其可靠性。
靳宗向说,两个锁在一起长期保持的物体,通常如“用一根橡皮筋,将两本书绑起来,时间长了,橡皮筋的力就减小了,那我们的‘红娘锁’会不会存在类似的退化机理?怎样来杜绝这种现象?”
他表示,在这方面,对接机构研究室做了深入研究,目前“红娘锁”已通过模拟2年左右保持能力的验证,所以对于此次保持30天,研发人员还是颇有自信。而其未来的“大目标”是15年,以满足中国在2020年前后建成空间站所需。
“红娘锁”有多重要?靳宗向介绍,目前国际空间站里,主要是依靠对接机构,来实现更大吨位的飞行器的组装。而这个组装过程中其实就像“太空搭积木”,运载一个飞行器上天,再运载另一个,在太空以“红娘锁”用搭积木的方式搭建在一起,逐渐扩展。
“这不仅可以减轻每次运载的压力,并且可以保持各个飞行模块的独立性和完整性,根据实际需要,提供物资运送对接,人员天地往返等”,他说。
此外,靳宗向透露,神舟十一号在“牵手”天宫二号时,上海的空间对接缓冲试验室处于待命状态,其作用是,根据在轨运行模拟验证的实际需要,利用地面试验室内的“孪生”对接机构,进行先行验证模拟。