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首次载人迎对接.以人为本保成功
上海航天技术研究院攻坚克难确保交会对接成功记
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游本凤范晴云罗京费春宏
举世翘盼望苍穹,天宫喜迎神九来。
中国载人航天又迎来了一个交会对接的梦圆时分。
无论是实施无人首次交会对接,还是实施首次载人交会对接,无论是目前的小型空间实验站,或是今后建立大型空间站,这些都离不开一个关键的分系统,即由中国航天科技集团公司上海航天技术研究院抓总研制的对接机构分系统。它作为连接两个航天器的关键分系统,不仅为我国实施首次载人交会对接做好了充分准备,而且还将为未来建立空间站,完成一次次天地往返运输任务做出新贡献。
对于保证和维护空间站正常运行的电源分系统来说,也同样十分关键,因为电源是空间飞行器的心脏,为诸多设备和单机提供足够的能量,为空间站建造一个温馨的家,这些都离不开电源。由上海航天技术研究院承担研制的天宫一号电源系统被誉为一颗强大的“中国心”。
由上海航天技术研究院自主设计研制的对接机构在首次交会对接任务中表现完美,为中国载人航天赢得了很高的美誉度。
与去年的首次交会对接相比,神舟九号的交会对接在三个方面得到进一步的考核:一是在首次交会对接中,由于初始条件相当完美,对接的过程非F常顺利,在最初设计中考虑到的强制校正动作没有启动。而本次的交会对接将视具体情况,有可能会启动强制校正。二是两个飞行器连接后的密封情况如何,将得到进一步的验证。首次交会对接后,采集到的有关密封性的遥测数据显示,对接机构符合设计要求。而此次由于有航天员直接参与,将直观地感受舱内的舒适度,飞行器的密封技术将得到“眼见为实”的验证;三是为了保证首次载人对接能够成功,即使在出现异常的情况下,也要能分得开,确保航天员能够安全返回,因此在设计的时候就采用了多重冗余设计。这些冗余设计有可能在本次飞行试验中,有选择地进行考核。
在神舟八号与天宫一号两次在轨交会对接中,飞船相对天宫一号的位移姿态偏差、角度姿态偏差及轴向对接速度(即对接初始条件)都比较理想,为对接机构的顺利对接提供了较好条件。因此在对接瞬间,飞船对接环因对接碰撞造成的姿态偏差完全可以通过其正常校正功能得以实现,不需要再将对接环额外地推至极限位置做强制校正。若飞船与天宫一号对按时的相对位移、角度及角速度等实际对接初始条件偏差较大,将可能造成对接碰撞时飞船出现较大偏差,那么就只能进行强制校正。但神舟八号与天宫一号的交会对接很完美,只用了7分半钟。如果对接时用到强制校正的话,将需要10分半钟。
当飞船和天宫一号拉近到对接框接触的位置后,飞船的对接锁主动启动工作,与天宫一号的对接锁配合,共同完成对接锁的锁紧。而在锁紧的过程中,安装在飞船对接框面的密封圈被压紧,与天宫的对接框面紧密配合,最终形成密封的连接通道,完成密封工作。神舟九号与天宫一号对接成功后,通道将打开。这样,两个连接体将形成一个大的密封舱。如何保证航天员在舱内的生命安全,整个密封舱的密封性就变得非常重要。要保证密封性,密封圈就成了其中的关键点。神舟九号上面的密封圈是一个异型的密封圈,就其外形设计来说,在国内是首家。同时,由于密封圈是橡胶材质做的,在研制过程中就存在不确定因素多、影响因素多等情况。
据805所主管密封圈的设计师耿海峰介绍,密封圈的技术攻关从2002年开始,一直到2008年单件产品的攻关才结束。随后开始了与整机的各种验证试验。在整个技术攻关过程中,遇到的难题数不胜数,做过的各类试验难计其数。最终采用了目前的外形和尺寸,并得到了天宫一号与神舟八号交会对接的验证,确认了密封圈在空间不受力的情况下,不会自动脱落,橡胶也不会因为恶劣的空间环境而失效,或在恶劣空间温度环境的持续作用下,也不会从安装框里脱落。、
将“以人为本”放到重压位置
天宫一号与神舟九号交会对接成功后,在整个飞行试验任务期间,航天员将进入天宫一号工作、生活,开展相关的空间科学实验。八院航天人秉承“载人航天,一切为载人”的理念,在产品的细节设计上尽显人性化。在对接机构研制之初,为了便于航天员在不同飞行器之间自如地进出,设计师对标国际先进技术,一开始就采用了跨越式的设计思路——研制与国际空间站相匹配的异体同构周边式对接机构。
周边式对接机构适应性强、承载能力大。但由于自重大、对接初始条件要求严格、构造复杂,许多缆线、组件、接插座、管路都必须安装在机构的周边,十分有限的位置导致系统集成难度很大。但805所的设计人员最终克服了重重困难,从刚度、强度要求进行布局设计,并参照人机工效学等方面,综合设计了一个直径达80公分的圆形通道,供航天员在太空中通过这一通道进入天宫一号。为了确保航天员顺利通过通道,设计师在地面进行了各类模拟试验,其中一项就是请一位身高1.8米、体重82.5公斤的飞船工程
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