曾經(jīng)“吻”你千百次

　　為交會對接的成功，科學(xué)家在地面千百次模擬“演習(xí)”

　　今天凌晨1時(shí)36分，我國首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室天宮一號與神舟八號飛船在廣袤的太空中成功完成“太空之吻”，實(shí)現(xiàn)了載人航天工程首次空間交會對接。

　　鮮為人知的是，為了這次交會對接的成功，科學(xué)家在地面上作了百千萬次模擬“演習(xí)”。

　　把太空環(huán)境“搬”到地面

　　“太空環(huán)境非常惡劣，會出現(xiàn)許多在地面上難以想象的問題。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所副教授朱延河舉例說，在地面環(huán)境中輕易不會黏合在一起的鐵塊和鋁塊，在高真空的太空中會像黏合劑一樣黏在一起甚至像焊在一起無法分開，這就是“冷焊現(xiàn)象”。

　　平時(shí)機(jī)器的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，只要滴入一些液態(tài)潤滑劑，就能馬上“生龍活虎”，但真空環(huán)境中液體可能瞬間蒸發(fā)。

　　為此，哈工大機(jī)器人研究所和上海805所合作研制了空間對接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺，真實(shí)模擬了對接機(jī)在高低溫、真空等各種太空極限環(huán)境下的對接過程，并解決了冷焊現(xiàn)象、大溫差卡死、真空潤滑等問題。

　　“我國是世界上第三個(gè)擁有此項(xiàng)技術(shù)的國家。”朱延河介紹說，空間對接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺，利用等效質(zhì)量模擬原理，實(shí)現(xiàn)了熱真空環(huán)境下飛船對接的全過程模擬，是我國第一次在真空罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)大型對接模擬試驗(yàn)，也是國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)的大型地面動(dòng)態(tài)測試設(shè)備在真空條件下的試驗(yàn)測試。

　　為交會對接精準(zhǔn)定位

　　在太空中，天宮一號和神舟八號高速運(yùn)行，位置稍有偏差就可能出現(xiàn)“擦肩而過”甚至“迎面相撞”的事故，導(dǎo)致交會對接的失敗。

　　據(jù)哈工大航天學(xué)院控制與仿真中心教授姚郁介紹，這就需要在實(shí)施對接前，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)應(yīng)使飛行器的相對位置、相對姿態(tài)與相對速度都達(dá)到一定技術(shù)狀態(tài)的要求。

　　由哈工大研制的九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)用于模擬交會過程中追蹤器和目標(biāo)器的空間運(yùn)動(dòng)，是空間實(shí)驗(yàn)室和飛船交會過程的地面仿真專用設(shè)備。該設(shè)備主要包括目標(biāo)三軸臺、追蹤三軸臺、三維平動(dòng)系統(tǒng)三部分。

　　姚郁說，目標(biāo)三軸臺用于模擬目標(biāo)飛行器的姿態(tài)變化，追蹤三軸臺用于模擬追蹤飛行器姿態(tài)的變化，三維平動(dòng)系統(tǒng)用于模擬兩個(gè)飛行器之間相對位置變化。3個(gè)部分都要實(shí)現(xiàn)三個(gè)維度的控制，即所謂九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，3個(gè)部分聯(lián)動(dòng)最終實(shí)現(xiàn)“太空之吻”位置的精準(zhǔn)定位。

　　該系統(tǒng)采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，突破了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)與控制、測量與標(biāo)定、高速實(shí)時(shí)通訊等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使設(shè)備的綜合指向精度指標(biāo)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

　　在2007年交付中國航天科技集團(tuán)五院502所，2008年正式投入使用后，該系統(tǒng)開展了一系列相關(guān)試驗(yàn)。“該設(shè)備的使用，有效保證了天宮一號和神舟八號的正式上天狀態(tài)跟地面預(yù)演狀態(tài)的一致性，功不可沒。”姚郁說。

　　相關(guān)文獻(xiàn)表明，直到2010年，波音公司才投入使用了與九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)指標(biāo)相當(dāng)?shù)耐�類仿真設(shè)備。

　　模擬真實(shí)“太空之吻”

　　有了交會對接的模擬環(huán)境和之前的精準(zhǔn)定位，關(guān)鍵的對接技術(shù)更加重要。完整的對接包括初步接觸、捕獲、校直緩沖、拉緊鎖定等幾個(gè)步驟。

　　對接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺運(yùn)動(dòng)模擬器就是為了真空模擬“太空之吻”，它是對接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺最重要的核心設(shè)備，它的主要作用是模擬常溫與高低溫環(huán)境中的空間飛行器在對接過程中的相對運(yùn)動(dòng)，用于航天器空間對接機(jī)構(gòu)的研制、測試和鑒定試驗(yàn)。

　　參與項(xiàng)目的哈工大電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所副所長叢大成介紹說，該設(shè)備采用半物理仿真的方法，兼取數(shù)學(xué)仿真的靈活特性及物理模擬的真實(shí)性，實(shí)時(shí)模擬兩個(gè)飛行器在設(shè)定對接初始條件下的對接動(dòng)力學(xué)過程。

　　該項(xiàng)目的成功研制，為載人航天復(fù)雜的空間動(dòng)態(tài)對接過程地面模擬試驗(yàn)提供了最重要的技術(shù)保障，為對接機(jī)構(gòu)的研制、驗(yàn)收和鑒定試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　“六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器挑戰(zhàn)性技術(shù)難題的順利解決，使我國完全獨(dú)立自主地掌握世界頂尖六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器的高度集成制造技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平。”叢大成表示。（通訊員 閆明星 吉星 記者 雷宇）

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[責(zé)任編輯：吳怡]