6月18日,天宫一号与神舟九号这两个各重8吨的“庞然大物”在太空中顺利完成了自动交会对接,3名航天员顺利进入天宫一号。那么这两个“庞然大物”是如何完成这一高难度动作的呢?
对接准备——
“庞然大物”的太空“接力”
茫茫太空中,两个飞行器在同一轨道上逐渐接近,最后通过对接来实现连接,成为一个整体一起运转工作……这个看似科幻小说中的场景,已在中国航天人手中变成现实。
交会对接的过程就像在太空中“穿针引线”一样,难度之大,可想而知。两个“庞然大物”能否顺利实现对接,“接力棒”(对接机构)的设计就显得尤为关键。
据介绍,对接之前,天宫一号将进行一系列的准备工作,以便以最佳的状态与神舟九号实施对接。除了要从圆形轨道降到对接轨道,天宫一号还有一个姿态调整的转变。在实施对接动作之前,天宫一号将有一个“转身”动作,等待神舟九号从后面“追上”。
对接速度——
每秒0.2米,要追上但不能追尾
在太空中,力量的产生来自于速度。两个各8吨重的飞行器要想实现对接,必须要有一定的速度予以保证。根据计算,神舟九号的“前进速度”比天宫一号略快一些,对接时,两者速度差为每秒0.2米,也就是说这两个“铁疙瘩”要以这个速度实现对接。
咋一听,这个速度好像很慢。然而在地面做模拟试验时,撞击时发出的巨大声响,让很多人真实地感受到了碰撞产生的强大能量。假如控制不好,很有可能发生“追尾事故”,即飞行器在对接过程中“受伤”。
而对接动作太“斯文”了也不行,在没有重力的环境下,两个庞然大物如果没有足够的速度保证,极有可能“飘过”,而不能完成对接。就像两个“弹力球”一样,轻轻触碰却很快分开。
显然,这两种情况都是极有可能发生的。为了完美实施对接,研制人员精心设计了动力学参数,使两个飞行器在碰撞时能够“柔顺”地靠近,并牢牢地“锁”在一起。
对接时刻——
一连串动作一气呵成
为了确保天宫一号与神舟九号“柔顺”地对接,科研人员研发了一套缓冲装置,有12把对接锁,分别安装在天宫一号和神舟九号上。安装在天宫一号上的对接锁处于被动状态,而安装在神舟九号上的对接装置则较为复杂,处于主动状态。
对接时,12把对接锁就像“手”一样,紧紧地相互拉住,把两个飞行器的端面牢牢锁住,实现物理连接。
然而,仅仅实现物理连接还不够,天宫一号与神舟九号还要实现气、电的连通,最终实现组合体运行。在对接锁将两个飞行器锁住的同时,自动电路连接设备将通过电插头自动连接,实现电路共通;之后,神舟九号的舱门被推开,两个飞行器形成一个密封舱,实现气体连通。这些动作完成之后,航天员才能进行穿舱,进入天宫一号。
冗余设计——
防范对得上、分不开
航天产品的设计中运用了不少冗余设计方案,万一在太空中出现意外,会有备用的应急方案启动。设计师通常会在地面试验时充分考虑每一个可能出现问题的细节,并在冗余方案设计上予以防范。
如果一切正常,天宫一号与神舟九号组合体运行之后,由飞船的电机解锁,实施分离。但是如果电机在太空中出现故障、分不开了怎么办?
一旦电机不能正常工作,设计人员将启动对接锁上安装的火工装置,炸断连接的锁钩,实现强制分离。这样的爆炸只会炸断锁钩的弯角部分,不会对飞船和天宫一号产生损害。
尽管这种概率很小,但是设计人员依然在冗余设计上尽心尽力。技术人员常说的一句话是:“不怕没做到,就怕没想到。”(黄希)
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