敢啃能啃硬骨頭 揭秘我國首次交會對接背后“難關”
空間交會對接技術是一個國家航天技術實力的集中體現(xiàn)。7月24日,問天實驗艙與天和核心艙組合體交會對接成功,歷時13小時。而今年6月5日,神舟十四號載人飛船與天和核心艙對接,只用了7小時。要知道,在11年前,神舟八號飛船第一次跟天宮一號交會對接,歷時2天,約48小時。歷經(jīng)11年,將交會對接的速度提高了將近7倍,這是如何做到的?
北京航天飛行控制中心問天實驗艙任務總師 鄒雪梅:這是我們首次實施大型艙段在軌的交會對接,總的來說整個交會對接過程控制非常精準,完成得很圓滿。
問天實驗艙與天和核心艙組合體的交會對接,是我國兩個20噸級航天器首次在軌實現(xiàn)交會對接,也是空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
北京航天飛行控制中心副總師 汪賽進:這次整個對接持續(xù)時間相對較長,標稱的時間大概是13個小時左右。主要原因是入軌之后,問天實驗艙跟組合體相距大概是有6000多公里。那么在遠距離導引6次控制之前,就是整個過程(問天實驗艙)在后面追擊核心艙,那么就要進行一些平臺的測試工作。
航天科技集團五院502所交會對接首席專家 解永春:問天實驗艙對于實驗艙來講,它是首發(fā)的一個航天器,我們根據(jù)它的性能,為它適應性的做了一個快速交會對接的方案。所以我們現(xiàn)在問天的交會對接方案是在神舟十四號,包括天舟四號,快速交會對接的基礎上,又進一步進行了適應性的調整。
解永春,航天科技集團五院502所空間交會對接領域技術首席專家。從神舟八號我國第一次交會對接至今,解永春都是交會對接控制團隊的領頭人。
空間交會對接被形象地稱為“萬里穿針”,控制是核心??繑n、接近、鎖緊,在任務完成階段的最后幾分鐘里,呈現(xiàn)在世人面前的交會對接,看起來似乎很“簡單”,但看似簡單的操作背后,在萬里之外的太空要實現(xiàn)控制,每一個環(huán)節(jié)都極其復雜。中國的交會對接技術預研起步于上世紀末。1999年,解永春在導師吳宏鑫指導下,和同事開始了交會對接控制的理論研究。
航天科技集團五院502所研發(fā)中心副主任 胡海霞:吳(宏鑫)院士經(jīng)常教導我們敢啃硬骨頭、能坐冷板凳,這個硬骨頭你比如說像當年我們花10年搞交會對接,交會對接技術就是個硬骨頭。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:敢不敢啃硬骨頭,也是你的意志和對方向的認定的問題。你不敢啃硬骨頭,說明你自己心里也不踏實。敢啃建立在什么基礎上?我肯定能搞出來!當然可能不是一年兩年,要坐十年冷板凳,十年,你要有這個精神才行。
“交會對接”技術有很多難啃的硬骨頭,在這些硬骨頭中,控制參數(shù)的設計更是難中之難。神舟八號飛船和天宮一號目標飛行器對接,這是我國航天史上第一次空間交會對接??墒牵r為人知的是,在任務前一天,解永春團隊的方案才獲得專家評審通過。
2011年年初,神舟八號交會對接任務已經(jīng)進入了倒計時。但恰在此時,隨著仿真試驗的進程,交會對接控制系統(tǒng)的技術問題不斷暴露出來。在一次測試試驗中,飛船姿態(tài)控制出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象。
航天科技集團五院502所研發(fā)中心副主任 胡海霞:在對接的時候,它是需要姿態(tài)和位置的誤差都很小,你才能對上,對吧?你姿態(tài)一直這么抖,肯定是對你最后的對接精度(有影響),影響你的成敗。
當時,飛船的控制參數(shù)純靠人的經(jīng)驗手工進行調試,參數(shù)確定了之后,還得進行大量的打靶仿真。仿真試驗是航天器上天的通行證,打靶必須每次都通過,才能確保交會對接萬無一失。但當時,解永春帶領團隊在針對太空惡劣工況的打靶仿真中,做了近千次的試驗,始終有幾次通不過。
飛船控制參數(shù)設計在理論和工程上都是難題,國內外都沒有現(xiàn)成的解決辦法,只有自主創(chuàng)新,才能解決問題。交會對接技術研制過程中,吳宏鑫院士是技術指導專家。吳院士鼓勵解永春把她博士論文中的“黃金分割系數(shù)”理論應用到飛船控制參數(shù)設計上。但眼看著離發(fā)射日期越來越近,解永春帶領的團隊打靶依然沒有過關,上級領導把吳院士找來坐鎮(zhèn)指揮。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:我私下里讓我的一個碩士生做了仿真,究竟問題出在哪里。做完仿真我知道了,這個理論方法是對的,沒錯,但她(解永春)做得不行。后來我就把解永春說了一通,我說你都不如我的一個碩士生。
航天科技集團五院502所交會對接首席專家 解永春:我就覺得其實是你不了解我,我怎么會不如她對吧?所以我就說非得要給你把這個用上去看看。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:解永春這個人一有個優(yōu)點,不服輸、好強。你要說她不行,她絕不罷休。
吳宏鑫對解永春性格的了解,起源于她念博士期間。1994年,解永春有關黃金分割理論的論文發(fā)表了,應用成果獲得了航天工業(yè)部科技進步三等獎。以此為基礎,解永春滿以為畢業(yè)沒問題了,沒想到被導師吳宏鑫澆了一盆冷水。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:理論上沒過關,要她證明(黃金分割系數(shù)的)穩(wěn)定性,她沒證明出來。她自己覺得我這個已經(jīng)是又得了獎,而且做法又很好,怎么不行?我說那不行,不能通過。(解永春)那時哭,瘦得不得了。屠善澄老先生(院士),他說老吳你就放她一馬吧,那我說不能放,這個放了她是害了她一輩子,她必須要過關。
生性倔強的解永春哭著離開了導師家,但隨后四個多月,她把自己關在圖書館里日夜用功,終于攻克了黃金分割系數(shù)的理論難關。畢業(yè)答辯通過的那一刻,瘦得只剩80多斤的解永春笑得格外開心。
博士畢業(yè)17年后,神舟八號交會對接前夕,吳宏鑫第二次用激將法逼自己的弟子再闖難關。當時,離神舟八號第一次交會對接只有兩天時間了。有領導提出,仿真試驗再不通過就換人。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:我說不能換人,臨陣換將是最大的忌諱,馬上就要上去對接了你這時候換人,開玩笑,換了人能比她強嘛。所以我說,我相信解永春是能夠做出來的,放心。我說做不出來我負責。
航天科技集團五院502所交會對接首席專家 解永春:恰恰是在他狠狠批評我之后的那天晚上,我就想出了很好的辦法。
2011年10月31日,就在神舟八號飛船發(fā)射的前一天,解永春的參數(shù)設計方案通過了專家組評審。
如今不僅是神舟載人飛船,天舟貨運飛船、嫦娥五號甚至剛發(fā)射的問天實驗艙的交會對接,控制參數(shù)設計都源于神舟八號時打下的良好基礎。一個嚴厲的導師,一個倔強的學生,交會對接控制參數(shù)設計這塊硬骨頭,就這樣被啃下來了。使我磨難者,必使我強大,如今,解永春很感激導師當年對她的嚴厲。
航天科技集團科技委顧問 吳宏鑫院士:人有的時候是需要壓的。
航天科技集團五院502所交會對接首席專家 解永春:我感覺確實是這樣,好像有一點像能級躍遷,要是不壓的話,你臺階是上不來的。
如今,交會對接控制團隊把創(chuàng)新的發(fā)力點,又瞄向了未來航天器的智能自主對接。
航天科技集團五院502所交會對接首席專家 解永春:未來我們通過這種人工智能的方式可以實現(xiàn)不需要航天員出艙就能完成的空間操作。
航天科技集團五院空間站系統(tǒng)載人飛船副總設計師 胡軍:我們要打造一個全自主的飛船,現(xiàn)在我們基本上能夠70%左右(自主),再努一把力,整個從發(fā)射到回來,全部自主,不需要地面(來支持)。
?。偱_央視記者 崔霞 李寧 吳天白 孫熙然 建明 李廈)
版權聲明:凡注明“來源:中國西藏網(wǎng)”或“中國西藏網(wǎng)文”的所有作品,版權歸高原(北京)文化傳播有限公司。任何媒體轉載、摘編、引用,須注明來源中國西藏網(wǎng)和署著作者名,否則將追究相關法律責任。