神舟9号飞船独立飞行能力为7天
众所周知太空飞船内部体积小,环境控制和生命保障系统能力也较弱,无法维持太长时间的太空飞行。以使用了数十年、成熟可靠的俄罗斯联盟飞船为例,其独立飞行设计指标是最长14天,与空间站对接飞行最长时间为200天。神舟飞船设计上参照了联盟飞船,虽然拥有更大的返回舱和轨道舱,但太空飞行的设计寿命并没有突破,而且尚处于成熟期稳妥起见,神舟九号飞船设计独立飞行能力为7天。
天宫一号可保障3名航天员20天所需
由于太空飞船存在舱内空间狭小、留轨飞行时间有限等不足,具备更大生活空间和更长运行时间的空间站应运而生。中国的天宫一号目标飞行器尽管只是试验性空间站,但载人飞行能力上也有很大的突破。根据戚发轫总师的介绍,天宫一号的生命保障系统和生活物资足够3名航天员生活20天所需,而神舟九号载人交会对接任务中将是2名航天员进入天宫一号,天宫一号与神舟九号飞船对接飞行10天时间。
神9独立飞行3天与天宫组合飞行10天
航天科技集团科技委主任包为民接受采访时透露了神舟九号任务将执行13天的飞行任务,其中神舟九号飞船独立飞行3天,神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器组合体飞行10天,驻留时间是此前最长的神舟六号任务的约3倍,这对神舟飞船与天宫一号飞行器的环控和生保系统提出了更高的要求
手控交会对接试验是神舟九号任务的核心,这是突破航天器交会对接技术的最后一步。图为神舟8号与天宫一号进行自动对接电脑图。
手控交会对接是突破交会对接技术的最后一步
手控交会对接试验是神舟九号任务的核心,这是突破航天器交会对接技术的最后一步。去年神舟八号和天宫一号先后进行了两次自动对接,成功突破掌握自动交会对接技术。
手控对接技术是自动对接失效时的保险
天有不测风云,太空苛刻环境下自动设备的软件和硬件难免出现问题,以苏联早期联盟飞船为例,针式自动对接系统的故障比比皆是,航天员手控交会对接多次成为最后的保险,即使今天俄罗斯的联盟飞船的自动对接系统相当成熟,仍保留了手控对接模式作为备份。
至于美国从载人航天之初就选择了手控对接模式,美国的双子星、阿波罗和航天飞机虽然具体的对接机械机构各异,但都属于手控对接系统。中国要建设大型长期空间站,长期太空驻留需要更频繁的发射和对接,手控对接技术将是自动对接可能失效时的保险,是发展载人航天必然要攻克的难关。
手控交会对接可提高交会对接的成功率
人工控制的对接系统相对于自动对接系统具有很多优势:航天员的观测能力可以获得更多的信息,及时修正交会和对接过程中的失误与错误。人类的主观能动性可以对交会对接过程中的各种突发或是异常情况做出更好的判断,节省交会对接过程中消耗的推进剂。加入了人的因素后,可以显著提高交会对接的成功率。
航天员手控对接也有一些明显的弱势。手控交会对接的航天员要经过严格的训练,而缺乏训练的航天员手控对接基本以失败告终。航天员容易受到航天疾病影响,还有身体精神状态的波动也会影响手控交会对接的效果。不过相对而言,航天员可以通过严格的训练提高成功率,通过选择状态最好时进行手控对接提高可靠性,而自动对接设备则有一定的不确定性,如联盟八号飞船曾出现温控系统失灵,导致自动对接系统信号频率源异常,最终距离测量出错无法对接的问题。这类故障在太空中是无法解决的,虽然自动对接系统日益成熟,但手控对接模式仍是以防万一的必备。
手控交会对接过程极为消耗航天员体力
总的说来尽管航天器操控日益自动化,但人的作用仍然是无可替代的,目前交会对接技术的发展趋势是人控和自控结合,充分结合人控精细灵活、自控稳定可靠的优势,提高交会对接的灵活性和成功率。以中国神舟九号任务的手控交会对接为例,自动交会对接系统将把神舟九号和天宫一号到引导接近100米左右的距离上,随后转入手控交会对接模式。
交会对接的关键在于两艘飞船的对接部件精确指向对方,同时要消除横向速度,并把线速度控制在允许的范围内。航天员手控对接中通过显示屏的图像和测量数据判断两者的相对速度、位置和相对姿态,通过平移控制手柄和姿态控制手柄控制好飞船相对速度、方向和姿态,尤其是根据显示屏上的十字靶标判断是否对准目标飞船的对接机构。一般的说对接时相对速度要在0.2米每秒左右,横向错位不能超过0.18米,这个接近过程需要极为精细的操作,极为耗费时间、体力和精力。换句话说,如果对接时间过长导致航天员消耗体力过大,或者航天员稍有不慎以及状态不佳就易导致整个手动交会对接试验失败。
即将发射的神舟九号飞船将是中国首次载人交会对接任务,较长时间的太空飞行同样是一个重大试验,新上加新的技术突破将带来更大的风险和挑战。中国航天人已经为这次任务做了充分的测试和模拟,力保神舟九号任务的成功。以手控交会对接的突破为标志,神舟九号任务必将成为中国载人航天发展史上的一个重要里程碑。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/