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中國空間站故事 | 交會對接控制團隊:敢啃能啃硬骨頭

來源: 央視網  
2022-07-28 12:45:00
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從兩天到7小時 交會對接加速 何以實現?

空間交會對接技術是一個國家航天技術實力的集中體現。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個小時。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個小時。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個小時。歷經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,它是首發的一個航天器,我們根據它的性能,為它適應性地做了一個快速交會對接的方案。所以我們現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。靠攏、接近、鎖緊,在任務完成階段的最后幾分鐘里,呈現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控制,每一個環節都極其復雜。中國的交會對接技術預研起步于20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所研發中心副主任 胡海霞:吳(宏鑫)院士經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。

一波三折 揭秘我國首次交會對接背后"難關"

“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。可是,鮮為人知的是,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,交會對接控制系統的技術問題不斷暴露出來。在一次測試試驗中,飛船姿態控制出現了振蕩現象。

航天科技集團五院502所研發中心副主任 胡海霞:在對接的時候,它是需要姿態和位置的誤差都很小,你才能對上,對吧?你姿態一直這么抖,肯定是對你最后的對接精度(有影響),影響你的成敗。

當時,飛船的控制參數純靠人的經驗手工進行調試,參數確定了之后,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。

飛船控制參數設計在理論和工程上都是難題,國內外都沒有現成的解決辦法,只有自主創新,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”理論應用到飛船控制參數設計上。但眼看著離發射日期越來越近,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表了,應用成果獲得了航天工業部科技進步三等獎。以此為基礎,解永春滿以為畢業沒問題了,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(黃金分割系數的)穩定性,她沒證明出來。她自己覺得我這個已經是又得了獎,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的理論難關。畢業答辯通過的那一刻,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,換了人能比她強嗎?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射的前一天,解永春的參數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、嫦娥五號甚至剛發射的問天實驗艙的交會對接,控制參數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新的發力點,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,現在我們基本上能夠70%左右(自主),還努一把力,整個從發射到回來全部自主,不需要地面來支持。

持續創新 為世界貢獻中國智慧和中國力量

這是采訪后解永春交給我們的一本書,它出版于20世紀90年代,是根據國外交會對接經驗編著而成的,名字叫《空間交會對接技術》。這本書在20多年前展望了交會對接技術的未來:航天員不參與的自主交會對接方式,雖然目前在技術上還比較復雜,但這是今后的發展方向。如今再翻開這本20多年前曾經反復學習的舊書,解永春感慨:未來已來。如今,她和幾名學生根據中國交會對接經驗寫成的專著已經出版,中國科學家還將繼續創新,在智能交會對接領域為世界交會對接技術貢獻中國智慧和中國力量。

關鍵詞:中國空間站,空間交會對接技術,航天責任編輯:郭紅
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