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“天宫哥”第一次“天地对话”
2011年11月18日14时30分至16时30分,“天宫一号”通过在腾讯的独家官方微博,与“太空粉丝”开展了一场命名为“天地对话”的微访谈活动。在“天宫一号”与“神舟八号”飞船成功经过了两次对接分离,而后“神八飞船”又于17日晚成功回收之际,这次前所未有的微访谈,被视为庆祝中国载人航天首次空间交会对接圆满成功的重要活动。
中国载人航天工程办公室副主任、中国首飞航天员杨利伟曾谈到,开设“天宫一号”科普微博的目的,就在于搭建一个宣传载人航天工程的公众通道,让航天知识普及千家万户。作为我国首个由中国载人航天工程办公室独家授权的官方科普微博,从9月21号正式入驻腾讯微博至今,“天宫一号”微博两个月的时间里,已经迅速吸引了超过129万“天宫粉丝”,其发出的百余条微博中展示出生动俏皮的个性,被“天粉”们亲昵地称为“天宫哥”。
“天粉”们的问题多是关注此次“天宫一号”升空与“神八”完成两次对接的过程,同时也有很多有趣的问题,不时让人忍俊不禁。有的问道:“天宫一号”你好,我是一名高三学生,看到祖国的航天事业蒸蒸日上,真的很高兴!想问你:太空站建成后,可以容纳几名航天员工作?航天员又是怎样来往天地之间的呢?”
“天宫一号”回复道:“我国将于2020年前后建成载人空间站,按照60吨级的规模设计建造。届时,航天员将乘坐“神舟”系列飞船往返于天地之间。此外,还有专门的货运飞船完成货物补给。到那时,希望你和你的同学们能够加入到这项伟大的事业中来!”
还有的提问则是对“天宫一号”的未来充满了期待:“在‘神九’去找你之前,这么长时间,你还有什么特别的任务?…天宫一号”回答:“在‘神九’到来之前,主要是开展空间科学和航天医学实验,以及空间站技术验证试验,还挺忙的!”
在此之前,“天宫一号”官方微博还开创性地全程直播“天宫一号”在发射筹备、升空运行和空中交会对接的具体情况,发出了我国载人航天第一条“太空微博”。与“神舟八号”飞船对接的历史时刻,“天宫哥”甚至在微博上惊叹:“终于看清楚了!‘神舟八号’已出现相距30米的后方。可把你盼来了,真是激动啊!共同努力吧!”
“神八”如何追梦“天宫哥”
实现飞船与飞船、飞船与空间站、航天飞机与空间站之间的交会对接,是一个非常复杂和充满浪漫色彩的太空景观。苏联和美国都是经过了大量的试验才掌握了交会对接技术的。
交会对接一般是发射一个航天器,与已经在轨道上等待的另一个航天器或空间站交会对接。两个航天器在太空交会对接飞行有明确的分工,一个是被动的,基本不作机动飞行,称为目标飞行器,比如“天宫一号”;另一个是主动的,要不断调整飞行轨道,主动接近目标飞行器,称为追踪飞行器,比如“神舟八号”载人飞船。
要实现两个航天器在几百千米的太空轨道上交会,首先对追踪飞行器的发射时间提出了严格苛刻的要求。为什么呢?
这是因为一个航天器或空间站已经在太空运行,它有固定的轨道和轨道周期,在它围绕地球运行的同时,地球也在不停地转动,而要与它交会的追踪飞行器是从地球上发射的,当它竖立在发射架上的时候,就与地球一起转动。发射后,它要追赶在轨道上运行的航天器或空间站,那么,什么时候发射?发射后要按照什么轨道飞行,它们才能在规定的时间地点会合?这就不是随意的了。它需要周密精确地计算。因此,什么时间发射飞船就有了严格的限制,发射后它们之间的位置关系或称相位关系就确定了。比如必须从上午11点29分到12点30分这一段时间内发射,才能保证追踪飞行器到规定的空间位置刚好目标飞行器或空间站也飞到这一位置,这之间只有5分钟的时间间隔。这个允许的发射时间间隔还有一个名字,科学家称为“发射窗口”。只有在这个窗口内发射,追踪飞行器才能与目标飞行器或空间站会合。这个窗口的大小,不同的航天器、不同的发射位置是不同的,但都是非常严格的。可能有人问,如果飞船的发射没准备好,错过了这个时间怎么办?那就对不起,再等下一拨吧,只有在目标飞行器或空间站下一次再飞到同一个位置时再发射飞船。
概括起来说,交会对接过程可以分为地面导引、自动寻的、接近停靠、对接合拢几个阶段。
地面导引阶段。追踪飞行器在地面控制中心的控制下,经过若干次变轨机动,进入到追踪飞行器上的敏感器能捕获到目标飞行器的范围,这个范围一般为15~100千米。
自动寻的阶段。追踪飞行器根据自身携带的微波和激光敏感器测得的与目标飞行器的相对运动参数,自动引导追踪飞行器到目标飞行器附近的初始瞄准点,这个瞄准点一般距目标飞行器0.5~1千米。
接近停靠阶段。追踪飞行器首先要捕获目标飞行器的对接轴,当对接轴线不沿轨道飞行方向时,要求追踪飞行器在轨道平面外进行绕飞机动,以进入对接走廊。此时两个飞行器之间的距离约100米,相对速度约1~3米/秒。追踪飞行器利用由摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统,精确测量两个飞行器之间的距离、相对速度和姿态,同时启动小发动机进行机动,使之沿对接走廊向目标最后逼近。
对接合拢阶段。追踪飞行器关闭发动机,以0.15~0.18米/秒的停靠速度与目标相撞,最后利用对接装置使两个航天器在结构上紧紧连在一起,完成信息传输总线、电源线和流体管线的连接。这个时候,两个飞行器组成一个组合体联合飞行,再进行对接面的各项检查,特别是密封情况的检查。确认密封没有问题后,交会对接过程就完成了。此时,航天员就可以打开舱门,进入主航天器里面,进行换班交接和货物的转运。
飞船和目标飞行器(主航天器)完成组合体飞行期间的各项任务后,就要分离返回。现在,让我们再来看看它们是怎样分离。
当组合体联合飞行,完成预定的各项任务后,追踪航天器就要与目标飞行器分离。分离后,目标飞行器继续在轨道上飞行,追踪航天器如果需要返回地面,将按预定的程序进入返回轨道返回,不回收的飞船将进入大气层烧毁。
组合体分离的第一道程序是关闭舱门,断绝返回航天器与主航天器之间的舱内空气联系,并保证分离后主航天器对接口和返回航天器舱门的密封性,使舱内的气体不至发生泄漏,保持完全密封的环境。
在检查密封性,确认完全满足要求后,开始对接机构的解锁程序,使返回航天器与主航天器之间的连接锁定机构脱离,实现两个航天器之间的机械连接完全解脱。
2011年11月18日14时30分至16时30分,“天宫一号”通过在腾讯的独家官方微博,与“太空粉丝”开展了一场命名为“天地对话”的微访谈活动。在“天宫一号”与“神舟八号”飞船成功经过了两次对接分离,而后“神八飞船”又于17日晚成功回收之际,这次前所未有的微访谈,被视为庆祝中国载人航天首次空间交会对接圆满成功的重要活动。
中国载人航天工程办公室副主任、中国首飞航天员杨利伟曾谈到,开设“天宫一号”科普微博的目的,就在于搭建一个宣传载人航天工程的公众通道,让航天知识普及千家万户。作为我国首个由中国载人航天工程办公室独家授权的官方科普微博,从9月21号正式入驻腾讯微博至今,“天宫一号”微博两个月的时间里,已经迅速吸引了超过129万“天宫粉丝”,其发出的百余条微博中展示出生动俏皮的个性,被“天粉”们亲昵地称为“天宫哥”。
“天粉”们的问题多是关注此次“天宫一号”升空与“神八”完成两次对接的过程,同时也有很多有趣的问题,不时让人忍俊不禁。有的问道:“天宫一号”你好,我是一名高三学生,看到祖国的航天事业蒸蒸日上,真的很高兴!想问你:太空站建成后,可以容纳几名航天员工作?航天员又是怎样来往天地之间的呢?”
“天宫一号”回复道:“我国将于2020年前后建成载人空间站,按照60吨级的规模设计建造。届时,航天员将乘坐“神舟”系列飞船往返于天地之间。此外,还有专门的货运飞船完成货物补给。到那时,希望你和你的同学们能够加入到这项伟大的事业中来!”
还有的提问则是对“天宫一号”的未来充满了期待:“在‘神九’去找你之前,这么长时间,你还有什么特别的任务?…天宫一号”回答:“在‘神九’到来之前,主要是开展空间科学和航天医学实验,以及空间站技术验证试验,还挺忙的!”
在此之前,“天宫一号”官方微博还开创性地全程直播“天宫一号”在发射筹备、升空运行和空中交会对接的具体情况,发出了我国载人航天第一条“太空微博”。与“神舟八号”飞船对接的历史时刻,“天宫哥”甚至在微博上惊叹:“终于看清楚了!‘神舟八号’已出现相距30米的后方。可把你盼来了,真是激动啊!共同努力吧!”
“神八”如何追梦“天宫哥”
实现飞船与飞船、飞船与空间站、航天飞机与空间站之间的交会对接,是一个非常复杂和充满浪漫色彩的太空景观。苏联和美国都是经过了大量的试验才掌握了交会对接技术的。
交会对接一般是发射一个航天器,与已经在轨道上等待的另一个航天器或空间站交会对接。两个航天器在太空交会对接飞行有明确的分工,一个是被动的,基本不作机动飞行,称为目标飞行器,比如“天宫一号”;另一个是主动的,要不断调整飞行轨道,主动接近目标飞行器,称为追踪飞行器,比如“神舟八号”载人飞船。
要实现两个航天器在几百千米的太空轨道上交会,首先对追踪飞行器的发射时间提出了严格苛刻的要求。为什么呢?
这是因为一个航天器或空间站已经在太空运行,它有固定的轨道和轨道周期,在它围绕地球运行的同时,地球也在不停地转动,而要与它交会的追踪飞行器是从地球上发射的,当它竖立在发射架上的时候,就与地球一起转动。发射后,它要追赶在轨道上运行的航天器或空间站,那么,什么时候发射?发射后要按照什么轨道飞行,它们才能在规定的时间地点会合?这就不是随意的了。它需要周密精确地计算。因此,什么时间发射飞船就有了严格的限制,发射后它们之间的位置关系或称相位关系就确定了。比如必须从上午11点29分到12点30分这一段时间内发射,才能保证追踪飞行器到规定的空间位置刚好目标飞行器或空间站也飞到这一位置,这之间只有5分钟的时间间隔。这个允许的发射时间间隔还有一个名字,科学家称为“发射窗口”。只有在这个窗口内发射,追踪飞行器才能与目标飞行器或空间站会合。这个窗口的大小,不同的航天器、不同的发射位置是不同的,但都是非常严格的。可能有人问,如果飞船的发射没准备好,错过了这个时间怎么办?那就对不起,再等下一拨吧,只有在目标飞行器或空间站下一次再飞到同一个位置时再发射飞船。
概括起来说,交会对接过程可以分为地面导引、自动寻的、接近停靠、对接合拢几个阶段。
地面导引阶段。追踪飞行器在地面控制中心的控制下,经过若干次变轨机动,进入到追踪飞行器上的敏感器能捕获到目标飞行器的范围,这个范围一般为15~100千米。
自动寻的阶段。追踪飞行器根据自身携带的微波和激光敏感器测得的与目标飞行器的相对运动参数,自动引导追踪飞行器到目标飞行器附近的初始瞄准点,这个瞄准点一般距目标飞行器0.5~1千米。
接近停靠阶段。追踪飞行器首先要捕获目标飞行器的对接轴,当对接轴线不沿轨道飞行方向时,要求追踪飞行器在轨道平面外进行绕飞机动,以进入对接走廊。此时两个飞行器之间的距离约100米,相对速度约1~3米/秒。追踪飞行器利用由摄像敏感器和接近敏感器组成的测量系统,精确测量两个飞行器之间的距离、相对速度和姿态,同时启动小发动机进行机动,使之沿对接走廊向目标最后逼近。
对接合拢阶段。追踪飞行器关闭发动机,以0.15~0.18米/秒的停靠速度与目标相撞,最后利用对接装置使两个航天器在结构上紧紧连在一起,完成信息传输总线、电源线和流体管线的连接。这个时候,两个飞行器组成一个组合体联合飞行,再进行对接面的各项检查,特别是密封情况的检查。确认密封没有问题后,交会对接过程就完成了。此时,航天员就可以打开舱门,进入主航天器里面,进行换班交接和货物的转运。
飞船和目标飞行器(主航天器)完成组合体飞行期间的各项任务后,就要分离返回。现在,让我们再来看看它们是怎样分离。
当组合体联合飞行,完成预定的各项任务后,追踪航天器就要与目标飞行器分离。分离后,目标飞行器继续在轨道上飞行,追踪航天器如果需要返回地面,将按预定的程序进入返回轨道返回,不回收的飞船将进入大气层烧毁。
组合体分离的第一道程序是关闭舱门,断绝返回航天器与主航天器之间的舱内空气联系,并保证分离后主航天器对接口和返回航天器舱门的密封性,使舱内的气体不至发生泄漏,保持完全密封的环境。
在检查密封性,确认完全满足要求后,开始对接机构的解锁程序,使返回航天器与主航天器之间的连接锁定机构脱离,实现两个航天器之间的机械连接完全解脱。