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神八天宫对接分8步需10分钟 难度超打靶中10环

http://www.sina.com.cn  2011年11月02日11:02  南方日报
神舟八号与天宫一号交会对接三大风险。CFP供图 神舟八号与天宫一号交会对接三大风险。CFP供图

  昨日凌晨,神舟八号在酒泉卫星发射中心成功发射,进入预定轨道。两天之内,神八将与天宫一号进行交会对接,这将是我国首次飞行器交会对接试验,“天神之吻”即将在太空上演。

  “天神”怎么吻?技术难度如何?就此问题,南方日报记者专访了著名航天专家、北京大学地球与空间科学学院教授焦维新。

  交会对接技术今后将常用

  南方日报:“天神之吻”即将上演,您能否帮我们解释一下交会对接技术。

  焦维新:交会对接是我国在航天领域必须要攻克的关键技术之一。因为我国计划建立空间站,而建立和维持空间站的过程中,交会对接必不可少。一方面,在空间站的建立以及维持过程中,我们需要接送航天员往返于空间站和地球,派一个飞船去空间站就需要交会对接。另一方面,真正的空间站要比目前我们发射的天宫一号大很多,可以说,它是由多个像天宫一号的目标飞行器组成的,所以我们需要多次发射。新发射的部分在太空中与前一个发射的部分进行对接组装,这一过程中就需要交会对接。

  还有,在维持空间站的过程中,我们也要经常给空间站中的宇航员送去所需的给养,时间长了之后,我们还需要更新一些设备以及维护一些设备等。从这些可以看出,交会对接确实是空间站建立和维持的一个非常重要的环节。

  两个8吨飞行器高精度完成对接

  南方日报:具体来讲,交会对接是一个怎样的过程?

  焦维新:交会对接包含两个过程:一是交会,二是对接,两个过程互相联系。神八发射升空后进入到与天宫一号1万公里的距离,之后便进入与天宫一号远距离导引阶段。地面对两个飞行器的飞行轨道进行测量,让两个飞行器相对接近。地面人员根据两个飞行器之间的轨道偏差来完成神八变轨,经过若干次的轨道修正,让神八逐渐接近天宫一号。在相距约50公里时,神舟八号和天宫一号就能彼此通过敏感仪器和通讯设备寻找到对方,此时交会进入双方自主控制阶段,互相寻找、逐渐接近,这是交会对接最难的阶段之一。

  从距离50公里的时候开始,神舟八号要在距离天宫一号5公里、400米、140米和30米的位置上做短暂停留,这4个位置也是4个停泊点,确认这4个停泊点是为了让神舟八号不断地调解自身状态,同时调整速度和角度去追逐天宫一号。

  交会过程其实是神舟八号不断追赶天宫一号,直到最后相距30厘米,两个飞行器的相对速度要降到每秒0.2米左右,交会阶段完成。此时,对接机构开始启动,两个飞行器正式进入对接阶段,对接面角度和轴距离都有一定的要求,这些都是对接的初始条件。对接开始时,首先神八上有一个像手一样的捕获装置,叫捕获锁,它会首先伸出来,伸到天宫一号的卡板器里,卡住之后,神八和天宫就建立了初步的联接,此后捕获锁慢慢回缩,将神八和天宫一号慢慢接近。最后,当神八和天宫的对接环完全对接上的时候,对接环里的12把钩锁就会钩定在一起。

  别看是小小钩定,这里要包括几个阶段,包括捕获、校正、拉紧、结构锁锁定,最后完成两个对接机构的密封连接。完成之后,还要对对接通道进行检漏,检漏以后负压,把压力提升到一个大气压,这时候就可以打开两个飞行器的舱门。

  要保证两个重达8吨的飞行器高精度地完成对接,这比打靶打中10环难多了,对精度有着极高的要求。神八和天宫对接的机构中小到指甲大小的齿轮和针头大小的接口都要严丝合缝,对在一起,很多气路、电路的插头都要通过对接来完成,所以要求两个对接口的位置非常准确,两个飞行器的姿态也要非常接近,否则都不能完成最后的对接任务。

  控制对接接口误差难度非常大

  南方日报:进行交会对接过程中有哪些关键的技术环节?

  焦维新:首先,通讯技术很重要。神八和天宫一号在双方自主控制阶段,互发信号进行交会需要多种技术手段支撑,其中重要的是测控系统。我不知道我们会不会用到GPS这个定位导航系统,它可以准确地测定每个航天器的位置以及相对位置、相对速度等。

  两个飞行器进行对接,对控制精度是有要求的。这方面,各个国家要求不一,我国要求是在十几厘米左右的误差,所以对接设备非常重要。

  我们最理想的效果是:两个飞行器的轴线严格地处于一条直线上,但实际上肯定是会有一些误差的。两个重达8吨的飞行器在距离地面350公里的位置上进行对接,要求误差仅是十几厘米,这已经是要求非常高了,这其中的技术难度比较大,而且有一定的风险。

  当然有一点误差也没关系,神八和天宫一号接触上以后对接设备的液压系统就会发挥调整作用,将两个飞行器的轴线调整到一条直线上,然后再结合在一起。两个飞行器对接在一起后,对接设备会自动将两者锁定、密封。密封后,两个飞行器中间会形成一条通道,通过这个通道就可以从这个航天器进入到另一个航天器。

  知 多 点

  对接分8个步骤约需十分钟

  “神舟八号”和“天宫一号”在同一时刻以同样的速度到达同一个地点顺利交会,两个飞行器的速度、位置、姿态、偏差等11个参数满足对接的初始条件后,飞行器就将停止控制,让它们根据惯性进行碰撞,整个对接过程一共大约需要十分钟时间。

  对接过程分为8个步骤:

  第一步“相撞”。在惯性作用下,8吨重的“神舟八号”与8.6吨重的“天宫一号”以每秒0.2米左右的速度进行相撞,当“神舟八号”上的主动对接机构碰撞上“天宫一号”上的被动对接机构,对接过程正式开始。

  第二步“捕获”。当“神舟八号”主动对接机构上的对接环,接到失衡传感器发出对接指令信号后,6根滚珠丝杆就会向外推出200多毫米,对接环上安装的3对捕获锁,撞到“天宫一号”被动对接机构相对应的卡板器,就会被牢牢卡住。

  第三步“缓冲”。“神舟八号”对接环受到撞击后,将会通过一套传动机构,联向对接机构上的摩擦自动器和电磁阻尼器,分别吸收纵向和横向的撞击能量,进行缓冲。碰撞、捕获、缓冲3个步骤共需要大约60秒时间。

  第四步“校正”。当“神舟八号”成功捕获“天宫一号”并实施缓冲后,“神舟八号”对接环的6根滚珠丝杆继续往外推至300毫米,同时对两个航天器的姿态、位置和偏差等进行强行校准,校准时间约需80秒。

  第五步“拉近”。校准后,“神舟八号”对接环的6根滚珠丝杆缓缓收缩,将两个飞行器“拉近”,这一过程约需240秒。

  第六步“拉紧”。“神舟八号”和“天宫一号”的对接面上,分别安装了6组共12把对接锁,每把对接锁的拉力达3吨。当两个飞行器被拉近后,两个对接面的12把对接锁一一相扣。

  第七步“密封”。两个飞行器拉紧后,对接机构上的驱动电机将带动钢丝绳系统,将两个连接器面上的密封圈压缩,保持密封。

  第八步“刚性连接”。通过对接锁使两个连接器贴合,实现“刚性连接”,将两个航天器组合成一体。拉紧、密封和刚性连接共需220秒。

  粉丝刷屏“@南方日报(微博)”直击神八成功发射

  南方全媒体号外秒播“天神之吻”引发网友热捧

  昨日清晨5时58分,神舟八号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。火箭起飞、抛逃逸塔、助推器分离、一二级分离、整流罩分离、船箭分离……为了捕捉神八发射的每一个精彩瞬间,全方位展现每一处关键节点,南方日报从10月31日起,通过即时播报前方特派记者的报道、与专家的无缝连线,在南方报网的南方播报(http://gd.nfdaily.cn/bl/default.htm)及南方日报新浪、腾讯、网易官方微博账号上,滚动播发“全媒体号外”,24小时实时直播神八升空盛况,为读者、网友秒速传真现场,不少网友高呼“解渴”!

  各组人马抢“鲜”传真网友刷屏如亲临其境

  神舟八号发射“零窗口”为11月1日清晨5时58分,对于既想早上7时起床便能读到南方日报,又想透过南方日报权威报道“直击”神八发射的读者来说,这是一个“尴尬”的时分。

  怎样把报纸尽早送到读者手中,又能兼顾直播神八发射?南方日报第八次改版吹响了向全媒体转型的号角,神八发射的“零窗口”同样也是南方日报全媒体转型的“最佳窗口”。

  为了把现场第一时间“传真”到读者、网友眼球内,南方日报全媒体突击队从10月31日上午起,就加大、加密了前后方联动的力度。全媒体播报组三组人马通过电话、短信、微博,实时与在甘肃酒泉卫星发射中心、北京航天飞行控制中心的前方记者沟通、对接,组织稿件,在南方播报、南方日报新浪、腾讯、网易官方微博账号上开始播发来自一线的一手消息。

  其中,播报一组通过手机等方式与现场记者保持联系,即时更新新闻,每条控制在132个字内,提高现场“悦”读性;播报二组主发微博,每条微博以#直击神八#作关键词,便于网友搜集信息;播报三组“眼观六路”,连线专家,深度解密神八发射。

  截至昨日早上10时,南方日报报网即时播报相关专题新闻45条;南方日报新浪、腾讯、网易官方微博账号共发出177条微博。特别是在凌晨时分,在消息源匮乏的情况下,南方日报的“全媒体号外”直播占领了门户网站、微博屏幕,引来国内重要门户网站和平面媒体的转发,满足了多层次读者的需求。

  网友“qq777108”由于所开发的系统需要凌晨上线,因此他一直在机房刷手机微博。“没有想到‘@南方日报’那么给力,虽然人在机房,但看手机都能图文并茂,像到了现场一样。”

  实事求是策播频率秒速挖掘幕后新闻

  除了新鲜热辣的发射现场新闻外,越来越多网友、读者希望在早间新闻信息接收中,即神八发射后就能获悉“解渴”的科技探秘、航天高科技解密的深读新闻。

  为此,南方日报全媒体突击队针对受众获取信息的时间、习惯、渠道,有层次地设计了实时播报的内容。在现场直击之余,南方全媒体号外还特别炮制了“天神之吻”专题,从神八到背后的航天面孔,从发射本身到外媒评价,从航天事业发展到与普通民众的生活联系度等,由表及里,深入浅出地挖掘神八发射的幕后新闻,添加了科技新闻的科普性和趣味性,满足了读者的“求知欲”。

  同时,根据读者、网友“获信”的时间、习惯,南方全媒体号外从10月31日晚上22时开始,划分时段逐步推出专题。如考虑到受众对“神八”的认知需求,从31日晚上22时至翌日4时,每小时播发4条即时播报、12条微博新闻,推出“神八的八点神通”专题进行发射预热;从1日1时至5时,推出“中国航天面孔”专题,吸引受众关注飞天英雄、运筹帷幄的设计人员和默默无闻的工作人员;从1日5时至7时,集中推出神八发射专题,紧贴发射倒数节点,以秒速更新新闻,同时挖掘新闻背后的科技含金量;从1日8时至今,推出“外媒热评”、“天神花絮”和“神八与我”3个专题,为读者、网友持续送上神八发射专题的热辣新闻。

  南方日报记者 谢苗枫

  ■专家点评

  华南理工大学新闻与传播学院副教授黄桂萍

  南方全媒体号外党报全媒体转型有益尝试

  这次“神八”发射窗口是在凌晨5时多,对于早报来说,这是一个“软肋”。如果等发射后再出报纸,就会“迟报”,失去原有纸媒早报的优势;如果出号外,就面临巨大的成本压力。

  但南方日报此次别出心裁地推出“全媒体号外”,不仅巧妙地缓解了这一窗口带来的新闻刊播节点难问题,而且还响应了该报第八次改版提出的全媒体转型口号。

  从10月31日晚上至11月1日早上,南方全媒体号外所呈现出的对神八发射的全方位报道,既做到“关键节点有我们身影”,“精彩时刻与你们分享”的传播效果,赢得受众眼球,赢得市场;也节省了人力资源、版面资源,为党报全媒体转型作出了有益探索。

  谢苗枫

  南方日报特派记者 赵杨 李秀婷 后方联动记者 魏香镜

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