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神舟十三号发射成功 实现首次径向交会对接

来源:新民晚报     记者:叶薇     作者:叶薇     编辑:杨硕     2021-10-16 09:55 | |

浩瀚太空,又迎来新的中国访客。今天0时23分,在酒泉卫星发射中心,长征二号F遥十三火箭将神舟十三号载人飞船精准送入预定轨道。6时56分,神舟十三号载人飞船采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口,与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱组合体。翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员将依次打开返回舱、轨道舱、节点舱等多个舱门,进入天和核心舱,到达中国人的“太空之家”,开启半个月的太空出差生活。

图说:火箭升空之前  摄影/王淇俊 下同

神舟十三号载人飞船将实现多个首次,首次与三舱组合体自主快速径向交会对接,首次长期在轨停靠6个月,实现4个载人航天器形成组合体长期在轨飞行,首次具备天地结合多重保证的应急救援能力等。载人飞船兼货运飞船系统副总指挥顾侧峰介绍,中国航天科技集团八院(上海航天技术研究院)承担了神舟十三号的电源分系统、对接机构分系统、推进舱结构与总装、测控通信子系统、总体电路分系统推进舱电缆网及三舱配电器的研制工作。

十年之功打造“太空之吻”

2021年,我国正式拉开了空间站建造的大幕。自4月以来,我国已成功实施了空间站建造任务的5次发射,其中包括被称为“太空母港”的天和核心舱,派出两位“太空快递小哥”派送物资,安排两批共6名航天员“出差”外太空。后续,我国还将实施2次空间站舱段的发射、以及多艘飞船的发射任务,每项任务环环相扣,都关系着我国空间站的建造及运营。

要想搭建起这座“太空城堡”,关键要靠被称为“太空之吻”的空间交会对接技术,而八院研制的对接机构则是实现对接的核心。没有它,建立空间站、维持空间站的正常运营,航天员的定期更换,以及提供给空间站一切必要的天地往返运输任务,都无从谈起。

载人飞船系统副总设计师张崇峰介绍,在我国空间站任务中,所有对接机构(包括天和核心舱在内的3个舱段与后续每一艘飞船的对接机构)都是由中国航天科技集团八院研制,为我国空间站的建造及运营保驾护航。

回首对接机构的研制之路,就是一个不断碰到新问题、不断解决新问题的创新历程。早在航天事业起步之初,老一辈航天人就深刻地认识到掌握空间交会对接技术是我国独立自主建设空间站必须走出的关键一步,并将其确定为实现载人航天工程“三步走”中第二步要突破的核心关键技术之一。

面对这项世界航天领域内公认的最复杂、最难攻关的技术,八院805所在1995年启动了对接机构的研制立项,在没有参考资料的情况下,数千次的试验、数以万计的数据积累……一群怀揣着对接梦想的航天人枕戈待旦、埋头苦干了16年。终于在2011年,神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器实现轴向对接,我国首次实现无人空间交会对接,成为世界上第三个独立掌握空间交会对接技术的国家,仅用一年时间便实现了有人空间手动交会对接。

从2011年首次亮相至今,“太空之吻”已经走过了整整十年。十年间,我国共成功实施15次(含神13)精准可靠对接,经历了从无人到有人、从自动到手控、从几天到6.5小时、从轴向对接到径向对接的创新突破。我国空间站实施建造以来,八院805所研制的对接机构已成功助力4艘飞船实施与天和核心舱的5次精准对接,每次的“太空之吻”都亮点纷呈、精彩不断。

“对接五兄弟”各司其职

“对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。神舟载人飞船、天舟货运飞船以及后续发射的两个实验舱都配置主动端,入轨后,它们会自主完成与核心舱上的被动对接机构的捕获、拉回、锁紧。不同的飞船将根据任务需求,对接于核心舱上配置的各个对接口,这也是核心舱被称为‘太空母港’的由来。”八院对接机构设计师介绍。

图说:中国航天科技集团八院(上海航天技术研究院)承担了神舟十三号多项研制工作

核心舱上共配置了5个被动对接口,设计师亲切地称它们为“对接五兄弟”,它们各司其职,共同助力空间站任务。

“大哥”在核心舱的后端,核心舱专门的“太空快递通道”,又称为“后向对接口”,主要用于对接“太空快递小哥”天舟货运飞船,保证整个空间站的货物输送及在轨“能量”补充,同时也是载人飞船的备份对接通道;

“二哥”在节点舱的最前端,大名叫“前向对接口”,来访的“客人”较多,除了神舟载人飞船、天舟货运飞船外,将来还要会先后迎接问天实验舱、梦天实验舱,堪称“天宫守门人”;“大哥”和“二哥”还有特殊的补加接口,都可以为空间站补充推进剂;

“三哥”又称“径向对接口”,本次神舟十三号载人飞船就是对接在此处,是专门的“航天员通道”;

“ 四哥”和“五弟”在节点舱的两侧呈对称分布,称为“侧向停泊口”,将来问天实验舱和梦天实验舱会永久停靠在这里,让航天员的居住条件由“一居室”变成“三居室”,大大增加航天员的活动空间和范围。

对“五兄弟”来说,要如此长时间的暴露在太空环境中,承受88000次超过200摄氏度范围的高低温循环、低轨空间原子氧的剥蚀、多频次的对接与分离后仍确保可靠,这对它们来说是一个全新的艰难考验。“通常来说,对接机构的设计寿命为3年,而‘五兄弟’足以算得上高寿命了。”为此,八院805所对接机构团队全面系统地为“五兄弟”做了“深度体检”,并为“五兄弟”量身定制了“延寿保险”,包含了可能发生的故障预案共79项并制定了详细处置措施,确保它们在轨期间的健康稳定工作。

据了解,按照后续空间站建造及运营规划,八院对接机构团队每年都要至少保证5套对接机构的生产交付,才能跟得上空间站工程高密度发射的步伐。“只要后续有航天器发射,就必须通过对接机构才能实现与空间站舱段的组合。任务重、节点紧,产品的研制生产不允许任何一个环节出现失误,否则就会影响到整个任务的进程。”设计师介绍说。目前,八院通过部组件产品化、测试项目通用化以及发射场流程优化等方式,有效提高了生产、总装、测试、试验效率,在确保满足空间站建造及运营阶段需求的同时,也保证每一次“太空之吻”的完美亮相。

数次试验确保90度的“稳妥”

此次神舟十三号首次完成与49吨级的空间站组合体自主快速径向交会对接,我国空间站首次组成“T”字构型。何为径向?简单说,神舟十三号需要运行到空间站的下方,然后保持和空间站同一速度,并且找准时机对接,这个过程由于飞船和空间站都是运动的,并且本身在接近空间站时,就有一个轨道偏差,想要靠近空间站,就需要加速,但是又不能太快。中途还需要不断调整角度,所以对于飞船敏感器的测量精度和稳定性要求非常高。今早的交会对接过程,尽管在姿态和测控方面出现了一些新情况,但现场设计师表示,一切都在预期之中,对接过程十分完美。

神舟八号以来5艘飞船与目标都是轴向对接,而径向与轴向的夹角呈90度。就在今年9月17日,神舟十二号顺利返回东风主着陆场,聂海胜、刘伯明、汤洪波3名航天员安全返回,标志着神舟十二号载人飞船飞行任务圆满完成。神舟十二号返回前在轨飞行期间,开展了绕飞和径向交会的试验,验证神舟十三号载人飞船径向交会对接技术。

发射神舟十三号前,天舟二号和天舟三号货运飞船分别停靠核心舱的前向端口和后向端口。这样的布局是为了满足神舟十三号径向交会对接时的组合体姿态控制要求,对接机构也将面临前所未有的对接偏心长度变大的可能。为此,上海航天805所对接机构分系统通过全面分析对接工况,在增加可控阻尼器的基础上,配合总体完成任务规划,并开展了31个工况的捕获缓冲试验,确保载人飞船与空间站组合体径向稳妥可靠对接。

3名航天员进驻空间站后,将分别开启天舟二号和天舟三号货运飞船舱门,进一步开展再生生保、在轨维修等技术验证和应用,转移物资和废弃物,开展出舱活动。驻留期间,还将择机利用天舟二号进行机械臂转位验证试验。航天员驻留180天后返回地面,任务结束后全系统完成评估,转入空间站建造阶段。

相关链接:“新老CP”打造神舟梦之队

 “5、4、3、2、1,点火!”随着发射口令下达,火光耀眼,矗立在发射塔架上的火箭冲天而上。八院神舟十三号试验队队员激动万分,信心满满:空间站关键技术验证阶段的收官之战,我们一定能打赢!

此次任务,试验队采用“新老CP”组合:实战经验丰富的老师傅搭档年轻有为的徒弟。“老法师”陈为参加过神舟一号到神舟十二号的发射任务,这次是他第13次护送“神舟”飞天。二十多年的工作经历使得他的总装操作技术早已炉火纯青,期间他始终坚持“传帮带”的优良传统,将一颗颗“载人航天”的种子播撒到青年一代中去,首次在发射厂担任操作一岗和吊装指挥的沈鑫就是陈为精心培养的徒弟。

整船要在偏心状态下精准落进宽10毫米的槽口内,对准难度极大,“一次到位,一次做好”是沈鑫对自己的要求,“不懂就问,胆大心细”是陈为对沈鑫的评价,每次操作推演后,沈鑫就会拉着陈为讨论细节,而陈为则会用自己多年的工作经验耐心讲解总装操作的要点、风险及注意事项。

琢玉成器,后浪奔涌。这是805所陆志豪第二次在发射场执行任务,三个月前,他已经跟随师傅吴源兵全程经历过神舟十二号载人飞船任务,一望无际的戈壁滩,金色绚丽的胡杨林,是属于航天新人的“成人礼”。他负责对接机构地面设备的恢复和展开工作以及电测阶段的测试工作。“向上线看齐,用数据说话,跟自己较劲,想明白再干”,这是吴源兵对徒弟的要求。面对此次任务测试安排更为紧凑的特点,他始终牢记师傅的教导,对每个参数仔细判读,做到心中有数,不留一丝疑问,严格按照要求出色完成任务。他总是在工作的同时,主动开拓思维,针对测试方案和师傅充分讨论,主动优化测试流程,有效减少了测试风险。

从夏日炎炎到金秋时节,从繁华都市到西北大漠,在璀璨星空下,这一群可爱的人又一次见证了壮美的飞天航迹。

  新民晚报记者 叶薇

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