神舟十一號與天宮二號對接全過程-神舟十一號與天宮二號的成功對接增強了國人的民族自信
不知不覺神舟十三號航天員乘組進駐天宮空間站已經過去了一個多星期時間,剛開始他們的工作與神舟十二號乘組比較相似,也是拆包裹。不過,大部分空間站“裝修工作”已經被神十二乘組做完了,比如太空衛生間,但是像整理床位這件事他們還得親力親為,因為神十二乘組離開空間站的時候把太空居住區打掃得非常干凈,甚至連鋪蓋卷都完全收起來了,當然一方面是為了衛生,另一方面也是基于空間站無人運行期間的安全考慮。
翟志剛與葉光富在天舟三號貨艙內整理包裹
神十二號乘組臨走前已將太空睡袋整理收納起來
航天員初入太空都需要一段適應期,當他們適應太空環境之后很多重磅工作就要開始了。比如核心艙天和機械臂捕獲天舟二號進行輔助轉位試驗,此項試驗是為明年問天號實驗艙與夢天號實驗艙的轉位對接任務做備份準備(主份方案是依托實驗艙自備轉位機械臂實施),除此之外還有“手控遙操作對接試驗”。
由后向對接口繞飛至前向對接口的天舟二號
天和機械臂捕獲天舟二號進行輔助轉位試驗
航天器空間交會對接是發展載人航天事業不可或缺的關鍵核心技術,總體來看主要分為手動交會對接、自動交會對接、機械臂輔助對接、手控遙操作對接四大類。
十年前,我國載人航天工程通過神舟八號任務掌握了自動交會對接技術,該船也已經具備手動交會對接能力,但首次交會對接出于安全考慮并沒有載人,后來通過神舟九號任務掌握了手動交會對接能力,神舟十號又進一步鞏固了自動與手動交會對接的工程應用能力。
從神舟八號看天宮一號目標飛行器
神舟八號的異體同構周邊對接裝置
上述三艘神舟飛船都屬于天宮一號目標飛行器框架下任務,此后在天宮二號空間實驗室任務下,神舟十一號作為實施空間站任務前的最后一次載人任務,為滿足長壽命高可靠使用要求,對接測量系統進行了換代升級。比如在交會對接任務的最后平移靠攏段進行精確測量的CCD光學成像敏感器換代升級為CRDS新一代光學成像敏感器,交會對接微波雷達也進行了換代替換。
神舟十一號載人飛船
從天宮二號空間實驗室看神舟十一號
伴飛小衛星拍攝的天宮二號/神舟十一號組合體
同樣是在天宮二號空間實驗室任務下,天舟一號貨運飛船在交會對接技術基礎上掌握了推進劑在軌補加技術,并驗證了前向交會對接與全自主快速交會對接技術。
天舟一號貨運飛船
至此,我國已經掌握建設運營空間站在交會對接領域的基礎能力,然而載人航天人命關天,安全性追求是沒有止境的,這就涉及到手控遙操作對接。
“手控遙操作對接”與“手動對接”從字面看貌似是差不多,實際上兩者是既有相似的地方,但又是完全不同的操作。相似之處在于突出航天員的作用,不同之處在于手動交會對接時航天員身處飛船之中,而手控遙操作對接時航天員則不在飛船中,而是身處空間站之中。
神舟9號02航天員劉旺是我國手動交會對接第一人
以神舟十三號為例,進入近距離導引段后航天員可以通過神舟飛船的TV攝像機畫面監視飛船對接狀態,尤其是在最后的平移靠攏段,一旦發現自動交會對接系統偏離對接靶標較大范圍時,航天員可立即轉為手動交會對接,確保對接安全。
神舟十三號飛船TV攝像機鏡頭中的天和核心艙徑向對接口
對接靶標
載人航天工程通常都是以自動交會對接為主份方案,并以手動對接為備份方案。然而天舟貨運飛船是無人飛船,航天員不可能身處其中監視對接狀態,而一旦貨運飛船自動對接失敗,輕則對空間站姿態造成擾動,重則對空間站結構造成大規模破壞,可以說風險還是相當大。
我們可以看到在天宮空間站的關鍵技術驗證階段天舟貨運飛船都是在神舟飛船之前對接,這里面固然有貨運補給的原因,但安全因素也是至關重要的考慮。
天舟二號對接核心艙后向對接口(畫面有加速)
因此需要航天員能夠在空間站內對天舟貨運飛船進行狀態監視與遙控控制,神舟十三號發射當天的直播活動中就公開了該船指令長01航天員翟志剛在地面進行模擬遙操作對接的訓練畫面,遙操作工作臺在天和核心艙大柱段第二象限的B區。
翟志剛在地面進行手控遙操作對接訓練
至于機械臂輔助對接,天舟二號的機械臂輔助轉位試驗也將驗證部分能力,當前神舟與天舟兩型飛船都具備自主對接能力,所以不需要機械臂輔助對接,但這不代表后續沒有機械臂輔助對接需求。
天和機械臂
天舟二號用于對接機械臂的適配器
天舟貨運飛船作為當今世界上行運力最大的貨運飛船,堪稱是太空大卡車,大運力對于航天員長期太空駐留當然是利好因素,但也存在運力過剩以及任務適應性不足的問題。
載人航天工程總體目前正在著力研發中小型貨船,此類貨船可以簡化對接測量系統的硬件配置,從而降低研發制造成本,同時還能盡可能提高載貨比,屆時此類貨船就可以實施基于天和機械臂的輔助對接方案。
可以說,通過神舟十三號任務我們將不留死角地掌握全套交會對接技術,安全性可靠性都將再上一個臺階,為空間站進入建造階段與運營階段做好一切準備。