昨天,神舟九号完成了与天宫一号的手控交会对接,实现了真正的“驾驶”飞船,这是我国在建设空间站必不可少的关键技术上取得的又一重大突破,将我国的载人航天事业推向了更高的台阶。那么,‘驾驶’飞船实施交会对接的过程中,究竟存在哪些难点?
“这次载人交会对接技术状态新、安全标准高、涉及支持面广、天地协同要求高;有了航天员的参与,不确定因素增加,无论对飞行器、航天员还是飞行控制,都是极大的考验。稍有偏差,整个任务将功亏一篑。”北京航天飞行控制中心总工程师童斌告诉记者。
航天员心理素质最关键
“只要是在正常范围内,手控交会对接时,整个飞船都交由航天员控制。”北京航天飞行控制中心副总工程师李剑说,这就是为什么会说真正实现“驾驶”飞船的原因。
手控交会对接给予了航天员很大的自主性,但并不意味着可以随意操作。在对接过程中,一个很小的误差,也会使飞船离目标飞行器很远,或者,期待的“接吻”会变成可怕的“追尾”。
尽管航天员在地面已经进行了至少1000次以上的训练,但地面训练和在太空实际操作仍不太一样。在今天的手控交会对接过程中,宇航员处于束缚状态,但失重的漂浮感是在地面无法模拟的,因此,航天员的操作感受也会和地面不一样。
“尽管有充足的应急预案,但在高精度和高成功率双重要求下,航天员所承受的心理压力也可想而知。”李剑说,在这种情况下,航天员的心理素质如何,也是成功手控交会对接的关键因素之一。
整个手控交会对接过程航天员刘旺已经练了1500多次,但在今天的实际手控交会对接过程中,航天员景海鹏还会逐条阅读飞行手册上的操作规范,“手控交会对接是一个很长的过程,再聪明的脑子,压力很大的时候,也可能会记不住,尽管练了无数次,还是必须有人从旁提醒,这也是航天员的操作规范。”李剑说。
“神舟九号”载人飞船发射
空间误差不能超过1毫米
与自动交会对接相比,手控交会对接在140米停泊点到最终目标飞行器成功捕捉,在整个过程中的自由度更高,“自动控制系统走过的路径就像是在一个已经设定的管道内,如果超出这个管道,自动控制系统就会产生应急控制的触发,但手控就不同,中间的过程可以灵活掌握,只要在最后一瞬间能够符合要求就可以。”李剑说。
而最后的一瞬间,要求极高。要想成功让两个飞行器的对接环捕获,需要通过天地之间的遥测,高精度定轨,“必须知道天宫一号的仓口在哪儿,神舟九号的仓口在哪儿,要对准,误差不能超过1毫米。”中国电子科技集团公司研究员高级工程师、测控通信专家陈建民说,在手控交会对接的过程中,航天员要看着视频图像,让两个航天器一点点逼近,根据仔细计算决定速度变化方案,将最终捕获时的误差控制在1毫米范围内,这对航天员来说是一个极大的挑战。
时间精度:3170年不能差一秒
对于测控系统来说,时间的精度要求也非常严格。由于飞船的速度非常高,最低宇宙速度是7.8公里/秒,只有达到这个速度,飞船才能离开地球。轨道越高,飞船的运行速度就越高,神舟九号和天宫一号现在的运行速度基本维持在2.8万公里/小时,如果时间有误差,那很可能差之毫厘,两个飞行器就会失之千里。
这就要求在测控网范围内,所有仪器、设备必须在时间上保持同步,对整个测控网的时序系统提出了很高的要求,“就像打仗的时候,指挥员总是要求大家‘对表’一样,我们测控网系统也要‘对表’,这个表的精度有多高呢?是10的11次方。大约相当于3170年不能差一秒。”陈建民说。
另外,在神舟九号与天宫一号手控对接过程中,每秒的数据都很重要,对于数据传输网络也有更高要求。民用的IP网络在进行数据传输的时候,会出现‘丢包’的现象,这样的事情如果发生在飞船上,就会导致指令不对或是连接中断,因此是绝对不允许的。中国电子科技集团公司高级工程师卢华斌说,在手控交会对接过程中,网络设备、线路都有备份,并且是两条网络同时工作的“热备份”,确保数据传输万无一失。