解码神舟九号与天宫一号首次载人交会对接

2012年06月21日

    中国发射的神舟九号飞船与天宫一号已于6月18日实现了首次载人交会对接，航天器空间交会对接，被形象地比喻为“百米穿针”。对于搭载着景海鹏、刘旺、刘洋3位航天员的神舟九号飞船来说，在与天宫一号的交会对接过程中，精确显得尤为重要。

    “只有精确，才能避免风险；只有精确，才能确保安全；只有精确，才能取得成功。”载人航天工程测控通信系统总设计师钱卫平说，“我们的任务就是，精确、精确，再精确。” 

    精确——远距离导引的基础

    远距离导引到交会对接的第一步，神舟九号需要从数千公里外的地方被导引至距天宫一号后下方52公里处的交会对接入口。

    “远距离导引控制带来的控制频度之密，控制精度要求之高，前所未有。”北京航天飞行控制中心副主任麻永平说，两个航天器均以每秒7．8公里的速度高速飞行，要准确控制这两个高速动态飞行器的相对位置和相对高度，就好比在太空中打两个“移动靶”。

    这个艰巨任务由地面测控系统来完成。“神舟九号发射升空以后，我们要进行5次远距离导引控制，实际上只实施了4次就实现了目标。”北京飞控中心研究员唐歌实介绍，中心通过精密定轨和精确的轨控效果标定，研究分析认为第5圈和第19圈轨道控制将对轨道面产生一个固定偏差，因此可以利用这个偏差，来替代第13圈的轨道面修正，从而取消原来设计的轨道面修正控制，将原来设计的5次变轨减为4次。

    “飞行控制操作的简化，不仅没有影响到控制精度，反而提高了航天员和飞行控制的安全性和可靠性。”唐歌实说。

    精确——近距离自主交会的前提

    从相距52公里处，神舟九号开始利用飞行器上微波雷达、激光雷达等测量设备，获得和天宫一号的相对距离和相对姿态等信息，根据预先设计好的程序计算出飞船继续前进的轨迹和速度，逐渐逼近天宫一号。

    这个过程就是航天器的自主交会。为什么要用自主交会取消测控系统的导引控制？

    钱卫平说，由于地面航天测控网受到距离、分布等因素的制约，在近距离时难以满足飞行器交会的要求，只能依靠航天器自主导引。

    要使神舟九号和天宫一号对接机构能够顺利捕获，误差必须保持在十几厘米范围内，这种导航精度，对飞行的安全性、天地协同的时效性，都提出了极其苛刻的要求。

    “为了解决难题，飞船上装备了现代化的测量手段，距离的测量精度能达到厘米级。”钱卫平说。

    从神舟九号接近天宫一号起，共设置了5公里、400米、140米和30米四个停泊点。神舟九号在这几个点都要相对于天宫一号“停泊”数分钟，给地面测控系统提供分析判断两个航天器状态的时间。如果一切正常，则继续进行交会对接；如果出现意外情况，则可能随时进行人工干预。

    精确——实现“1＋1＝1”的关键

    当神舟九号和天宫一号的对接机构刚一接触上，飞船上的发动机开机，对飞船进行加速。对接机构按照捕获、缓冲、拉近、锁紧四个阶段，完成对接，并保证密封。

    对接后，天宫一号和神舟九号成为一个组合体在轨道上运行，此时由天宫一号控制组合体飞行，神九飞船处于“停靠”状态，实现“1＋1＝1”。

    如何使对接时不发生碰撞，对接后能够保持完全密封，以及使天宫一号和神舟九号真正合二为一，都要依赖对接机构的精确动作。神舟九号和天宫一号的对接机构是这次任务最复杂和精密的空间机构，有数百个轴承齿轮和上万个零部件。

    对接形成密封通道后，将进行通道密封性能检查，确保舱体的气密性，保证舱内航天员的安全。

    精确——让“1－1＝2”的奥秘

    在神九天宫载人交会对接任务过程中，组合体将至少进行两次分离，一次是手控交会对接之前，神九将与天宫短暂作别；一次是航天员返回前，神九将与天宫永久作别。

    “相见时难别亦难”，两个航天器能否分离成功，是交会对接任务完整过程的最后一步，也意味着未来航天员能否顺利从空间实验室或者空间站撤离。

    分离过程是“1－1＝2”的过程，要实现两个组合在一起的飞行器顺利分开，又保证两个飞行器一切正常，神舟九号恢复自主飞行功能。

    分离是对接的反过程，对接时锁得紧，分离时必然就困难。对接机构上的12把结构锁，每个锁的拉力都是数吨级。为保分离采取了4重备份。

    作别神九之后，天宫一号是否会迎来神十？全世界都在拭目以待。（新华网）