载人航天工程总设计师——
中国对接技术属独创
空间的两个航天器在同一时刻以同样的速度到达同一个地点的轨道控制过程及结果称作“轨道交会”。在空间将两个航天器对接起来形成一个航天器的事件称作“空间对接”。所谓“空间交会对接”是轨道交会和空间对接的总称。
目前为止,只有美国和俄罗斯掌握完整的交会对接技术。如果我国突破了交会对接技术,则将成为世界上第三个完全掌握交会对接技术的国家。
俄罗斯:自动交会对接
俄罗斯(苏联)是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,其对接对象也多种多样,有无人飞船与无人飞船的对接,有载人飞船、无人飞船与空间站的对接,以及空间站与航天飞机的交会对接等。俄罗斯(苏联)在航天器的空间交会对接中积累了丰富的成功经验,也有不少失败的教训。
1967年10月,苏联先后发射了两艘不载人的“联盟”号飞船——“宇宙”186和“宇宙”188,进行了世界上第一次无人航天器自动交会对接(美国于1966年3月完成了世界上第一次载人手动交会对接)。截至2008年底,已发射了104艘“联盟”号载人飞船和86艘“进步”号货运飞船与空间站进行交会和对接,对接方式通常为自动方式(有时也用手动)。交会对接系统也一步步发展,实践表明,俄罗斯(苏联)的自动交会对接(RVD)技术是比较先进的和可靠的。
俄罗斯(苏联)从1971年4月6日成功发射第一个空间站——“礼炮—1号”,到在轨运行达15年的“和平号”空间站,历时23年,共发射三代空间站。其间共进行近百次的交会对接,成功率超过90%,约有8次失败,且主要发生在初期阶段。俄罗斯(苏联)在空间站和RVD技术上的成就,使其在国际航天领域内占据着举足轻重的地位。
美国:人工完成对接
美国在载人航天计划中不断研究、发展、改进和完善了交会对接技术。
在“阿波罗”登月计划中,为了发展和验证交会对接等关键技术,美国研制并发射了“双子星座”号系列飞船。从1964年到1966年,“双子星座”号共进行了2次不载人和10次载人飞行,验证了多种交会对接方式下的任务规划、航天员人工操作控制、地面跟踪多航天器等技术。
“阿波罗”飞船的登月舱和指挥服务舱都具备在交会对接中作为主动(追踪)飞行器的能力。为了保证在缺少地面支持的月球轨道上交会对接的安全性,登月舱和指挥服务舱都具备一定的自动化能力。交会对接任务规划正常情况下由地面完成,但是船上系统具有对目标定位并自主机动的能力。最终的捕获和对接则是由航天员完成的。
1975年,“阿波罗”飞船与“联盟”号飞船实现了美俄航天器间的交会对接,这一项目应用了新的异体同构周边式对接机构。1995年至1998年,美国航天飞机还成功完成与“和平号”空间站的9次交会对接。
航天飞机的交会对接具有许多新的特点。航天飞机采用了对接机构、机械臂、航天员舱外活动等不同方式实现对目标的捕获,大大增强了其轨道服务功能。航天飞机的任务规划由地面完成,机上系统根据航天员指令可以自动执行许多交会控制功能,包括目标定位、相对导航和控制,最终逼近段仍然由航天员操作完成。
中国:高效节约独创
中国载人航天工程总设计师周建平介绍说,我国首次空间交会对接任务,从总体方案到具体实施都是我们独立自主研发的。具体到交会对接机构,测量和控制技术,都是我们的科研单位自主研发,不是学别人的,更不是引进来的。
从总体方案上讲,我们的首次交会对接和国外当时的做法不一样。美国和苏联当时用的都是飞船和飞船对接,看起来简单,但是飞行成本高。做三次交会对接,需要发射6次飞船。
为了完成空间交会对接,我们研制了两个飞行器,一个叫“追踪飞行器”,用的是神舟飞船,另外一个是“目标飞行器”,就是天宫一号。研制目标飞行器这种做法和国外不同的是,既要完成现有任务,又兼顾未来发展和效益,这是中国独创。
天宫一号目标飞行器在轨可以飞行两年,其间我们计划安排三次交会对接任务。这样的话,要进行N次交会对接,我们发射N+1个航天器就行,而天宫一号和载人飞船的成本差不多。所以我们可以减少发射次数,降低成本。
再者,天宫一号目标飞行器就是一个小型的长期在轨运行的轨道站或是空间实验室。天宫一号除了完成交会对接以外,和飞船相比,它可以提供人的访问、工作、生活的支持能力。在不久后有航天员参与的空间交会对接中,飞船和目标飞行器对接以后,人可以进入到目标飞行器里,在里面生活和工作一段时间,包括进行科学实验。如果让飞船去做这件事情,是做不到的。
(据新华社、《人民日报》)