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神八天宮12天后再次交會(huì)對(duì)接 將在陽光下進(jìn)行
“交會(huì)對(duì)接過程就像一對(duì)情侶在談戀愛，神八是主動(dòng)追求的一方，在后面窮追不舍； 天宮一號(hào) 也很想與神八接近，于是就早早轉(zhuǎn)身等待，卻又故作矜持地慢慢向后退，最終他倆將零距離地相擁到一起”，“天宮一號(hào)”副總設(shè)計(jì)師白明生說，從神八自主控制，到與天宮的對(duì)接機(jī)構(gòu)接觸，再到兩者連為一體，嚴(yán)絲合縫，全程約160分鐘，每分每秒，都驚心動(dòng)魄。
那么如何交會(huì)，如何對(duì)接，難在哪里？“天宮一號(hào)”和“神舟八號(hào)”總設(shè)計(jì)師張柏楠，解讀了整個(gè)過程的“五道關(guān)卡”。
正負(fù)誤差不超1秒
神八與天宮交會(huì)對(duì)接從神八發(fā)射起就必須精打細(xì)算。神八發(fā)射時(shí)間正負(fù)誤差不超1秒，一旦超過1秒誤差，就將導(dǎo)致神八與天宮的軌道面極大偏差。
輕則將消耗大量燃料，降低航天器壽命，重則因燃料不足而無法交會(huì)。1968年前蘇聯(lián)的一次交會(huì)對(duì)接，燃料就在兩個(gè)飛行器相距僅30厘米時(shí)耗盡，以失敗告終。因此，神八發(fā)射前4小時(shí)，綜合考量發(fā)射場(chǎng)風(fēng)速、火箭起飛重量等數(shù)據(jù)，最終點(diǎn)火時(shí)刻鎖定11月1日5時(shí)58分07秒。
前15分鐘，根據(jù)天文臺(tái)授時(shí)的自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)，神八準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火，分秒不差起飛。同時(shí)，托舉它的長(zhǎng)征二號(hào)F遙八火箭，在飛行時(shí)不斷修正軌道，創(chuàng)下入軌精度的最新紀(jì)錄。
兩天追上1萬公里
如果相距遙遠(yuǎn)，需加大速度追趕，然而在太空中，飛船追趕天宮的最優(yōu)方案，不是加速，卻是不斷減速。
這是因?yàn)椋谲壍乐芷诓蛔兊那闆r下，軌道越低，飛行器飛得越快。正是基于這樣的物理原理，神八入軌時(shí)位于天宮下方，距地面330公里的橢圓軌道，然后一邊抬升，一邊降速。
在進(jìn)入軌道那一刻，神八與天宮相距約1萬公里，且不在同一軌道平面。怎么才能在短短兩天內(nèi)追上天宮？這就需要嚴(yán)密的計(jì)算和超一流的飛控能力。為此，作為“指揮中樞”的北京飛控中心，早在07年7月就開始研發(fā)新一代飛控軟件，經(jīng)數(shù)年攻關(guān)，兩年前初啟用。這套擁有1100多萬行代碼的龐大軟件系統(tǒng)，能夠多目標(biāo)同時(shí)測(cè)控，確保飛船和天宮協(xié)調(diào)每個(gè)動(dòng)作。
同時(shí)，原本覆蓋率僅17％的航天測(cè)控網(wǎng)，也因中繼衛(wèi)星和測(cè)控站點(diǎn)的增加，提升到70％。
連續(xù)連天5次變軌，神八與天宮恰好達(dá)到同一高度、同一位置。
反推發(fā)動(dòng)機(jī)防撞
美俄兩國早期的交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)中，碰撞事故層出不窮。1997年，俄羅斯進(jìn)步飛船與和平號(hào)空間站還曾相撞，使空間站上的光譜號(hào)艙被迫關(guān)閉，加速空間站失效墜毀的進(jìn)程。
當(dāng)神八在地面引導(dǎo)控制下，抵達(dá)天宮一號(hào)后下方52公里處時(shí)，二者打通通信聯(lián)系，直接“對(duì)話”。此時(shí)，飛船通過自身的計(jì)算機(jī)自主控制，繼續(xù)接近天宮，途中4次“剎車”。為此，神八專門加裝4臺(tái)反推發(fā)動(dòng)機(jī)，緊急時(shí)刻能啟動(dòng)避讓。
當(dāng)二者相距5公里以外時(shí)，如果關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)在各自的軌道上越離越遠(yuǎn)，不會(huì)相撞，但也將無法交會(huì)對(duì)接。一旦進(jìn)入5公里之內(nèi)，即使沒有任何動(dòng)力，也可能越飛越近，導(dǎo)致相撞。
測(cè)量設(shè)備棒棒接力
4個(gè)停泊點(diǎn)就像輪船入港前的錨地，是重要的可靠性備份措施。走走停停，可避免走得太快發(fā)生碰撞，也提供處置突發(fā)故障的時(shí)間。
在3公里的高空高速飛行的航天器，即使用航天測(cè)控站的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，也難以清晰觀測(cè)到。在這樣的條件下，想讓兩個(gè)8噸多的龐然大物，對(duì)接機(jī)構(gòu)挨近時(shí)誤差僅在18厘米內(nèi)，姿態(tài)小于5度，就好比神八拿著一根線，要穿進(jìn)天宮一號(hào)那根繡花針的針眼里。
所以神八新增8臺(tái)平移發(fā)動(dòng)機(jī)，遍布周身，可從各個(gè)角度和方向提供推力。而航天器相對(duì)位置的精確測(cè)量，是發(fā)動(dòng)機(jī)提供精確推力的前提，敏感器們將一棒接一棒。
從相距52公里直至交會(huì)對(duì)接，作用距離較遠(yuǎn)的微波雷達(dá)率先工作；進(jìn)入20公里后，精度較高的激光雷達(dá)開始工作；進(jìn)入100米時(shí)，更加精確的CCD光學(xué)敏感器開始介入。這3臺(tái)交會(huì)對(duì)接測(cè)量設(shè)備，完全由我國自主研制。
由于在地面無法完全模擬太空中的陽光強(qiáng)度，為避免強(qiáng)光對(duì)測(cè)量設(shè)備的干擾，首次交會(huì)對(duì)接計(jì)劃在地球陰影區(qū)進(jìn)行。組合體飛行12天后，第二次試驗(yàn)則將選擇陽光照耀的地方，充分驗(yàn)證測(cè)量設(shè)備的抗干擾能力。
4重備份確保能返回
當(dāng)神八準(zhǔn)備返回時(shí)，這也是一個(gè)重要關(guān)口。特別是在載人情況下，一旦分離不成功，就意味著航天員不能返回。
因此對(duì)接完成后，捕獲鎖要退到初始位置，只保留結(jié)構(gòu)鎖，才可保證隨時(shí)分離。
分離的最初動(dòng)力來自于對(duì)接機(jī)構(gòu)上對(duì)稱的兩對(duì)分離彈簧。同時(shí)飛船提供4重備份。若飛船鎖鉤自動(dòng)解鎖失效，則由天宮鎖鉤解鎖，如仍不行，則用火工品炸斷飛船鎖鉤，仍無效，最后的選擇就是把天宮的鎖鉤炸毀。不過天宮的對(duì)接機(jī)構(gòu)將永遠(yuǎn)失效，無法迎接下一艘飛船。
只圖分得開也不成，同時(shí)還要分得好，保證分離帶來的誤差，不致導(dǎo)致航天器翻滾，這就需控制姿態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，鎖緊機(jī)構(gòu)依次解開。首次傾情相會(huì)，由此暫告一段落。
必經(jīng)環(huán)節(jié)
天宮和神八在太空中，各進(jìn)行兩次180度的華麗轉(zhuǎn)身。
神八發(fā)射升空后，一直跟隨天宮之后，做追趕動(dòng)作。因此要實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，天宮必須首先180度轉(zhuǎn)向，讓兩者的對(duì)接機(jī)構(gòu)“面對(duì)面”。
科研人員在地面啟動(dòng)組合體控制模式，由天宮“掌舵”控制組合體飛行，并在幾個(gè)小時(shí)后，再度進(jìn)行組合體的180度轉(zhuǎn)身。
轉(zhuǎn)身完成后，神八跑到了前面，因?yàn)樘幱谕？繝顟B(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)不再工作，以節(jié)省能源，完全靠天宮在身后“發(fā)號(hào)施令”。
組合體飛行任務(wù)完成后，地面人員向神八下達(dá)分離指令，它猶如告別熱戀多日的情人，將啟程返回地球。
與天宮分離后，神八將緩緩調(diào)轉(zhuǎn)身姿，轉(zhuǎn)過180度，從而與天宮行駛方向一致，同時(shí)加速飛行，進(jìn)入返回地面程序。