三代人让“天宫”“神舟”共舞

业界 | 2022-06-08 08:25:45
时间:2022-06-08 08:25:45   /   来源: 光明日报      /   点击数:()

“天”“神”如期相拥,航天员到站了!

2022年6月5日17时42分,神舟十四号载人飞船采用自主快速交会对接模式,经过6次变轨,成功对接天和核心舱径向端口,整个对接过程历时约7小时。随后,3名航天员顺利进驻天和核心舱。

在航天科技集团五院502所研制的制导、导航与控制系统的操控下,此次神舟十四号造访“天宫”,整个过程平稳有序、快速准确,整体表现堪称完美。这标志着神舟载人飞船在太空中第二次开展径向交会对接取得圆满成功,再次验证了我国交会对接技术的稳定可靠。

此次任务也是神舟系列飞船在轨执行的第10次交会对接任务。自2011年神舟八号与天宫一号首次开展交会对接以来,“神舟”与“天宫”不仅十次共舞,而且每一次都有所创新、更加先进——这背后,是三代交会对接研制人员30年的不变坚守和心血凝聚。

从无到有,何其难也

1986年出台的国家《高技术研究发展计划纲要》(“863”计划),明确列出了“大型运载火箭及天地往返运输系统”“载人空间站系统及其应用”等航天项目,为中国载人航天工程的实施按下了启动键。经过深入、系统的论证,1992年,中央专委和中央政治局常委会先后批准载人航天工程。从此,承载着中华民族的希望,中国载人航天工程踏上了漫漫征途。

交会对接技术是发展载人航天、推进工程任务必须突破的关键技术,但这在当时的我国仍是一片空白。于是,航天科技集团五院502所的林来兴研究员、王旭东研究员、孙承启研究员、吴宏鑫院士等率先将目光投向这里,围绕交会对接的概念和控制方法开展了探索性研究工作。1999年起,相关研究逐渐进入可行性论证阶段,由解永春研究员担任技术负责人。

2002年,国家交会对接任务规划正式确立,航天科技集团五院在502所成立交会对接工程组,在孙承启研究员的指导下,开始进行“载人运输飞船制导、导航与控制技术”关键技术攻关和可行性论证工作。

在方案论证期间,除了要大量调研国外技术资料外,502所还派代表去国外交流学习。交流会上,由于中方技术人员对交会对接工程缺乏有效认识,外方专家甚至多次斥责我方问题太“幼稚”。

面对巨大的现实挑战和国际同行异样的眼光,航天科技集团五院的科研人员咬咬牙,拿出了当年搞东方红一号卫星的劲头,自力更生、白手起家……

不畏难怯战,敢啃硬骨头

2003年,神舟五号成功开启我国首次载人航天任务。两年后,神舟六号又搭载2名航天员往返太空。从此,我国突破和掌握了载人天地往返技术,成为世界上第三个具有独立开展载人航天活动能力的国家。

中国载人航天工程的第一步任务目标圆满完成后,按照工程规划,第二步任务目标是突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题。同时,要求神舟载人飞船瞄准国际先进水平,具备自动交会对接和手动交会对接双重能力。

2005年,交会对接正式立项。突破这一核心技术,实现跨越式发展,赶超世界先进水平,成为摆在科研人员面前最紧迫的任务之一。

再难也要干。在十余年工作积累的基础上,502所集合精干力量组建攻关队伍,正式开始了交会对接方案的工程化实施。解永春携胡海霞、石磊、王颖以及之后毕业陆续入职的张昊、陈长青、刘涛、王敏等参与其中……围绕交会对接技术,三代人在完成技术交棒的同时,也耳濡目染地承继着精神力量。

留给他们的时间不到6年,但问题却多如牛毛:成像敏感器目标标志器的光点个数和布局,对测量精度有何影响?仅凭图像如何判断两个航天器的相对位置和姿态?如何在50公里以内靠地面指令变轨……

敢啃硬骨头,能坐冷板凳,这支队伍从不畏难怯战。仅交会对接的工作模式与自主切换逻辑一项,他们就花了半年时间一遍遍绘图、一遍遍修改,改好之后找专家提意见,再根据意见一遍遍研究、完善。

就这样,凭借扎实的理论功底与刻苦的攻关钻研,他们终于全面掌握了相对动力学运动学特性、推力器羽流特性以及相对制导、导航和控制原理等理论基础,并结合我国航天器的控制技术特点,设计出手自一体的交会对接制导、导航控制方案和易于工程实施的算法。

“万里穿针”,船站快速相拥

2011年11月3日凌晨1时29分,经历近43小时飞行和5次变轨的神舟八号飞船,与等待已久的天宫一号目标飞行器成功对接,在遥远的太空上演了一场属于中国的“万里穿针”胜景——这标志着我国成为世界上第三个独立掌握交会对接技术的国家。

2012年,在神舟九号与天宫一号飞行任务中,我国首次手控交会对接任务取得圆满成功。但从技术发展角度看,为了减轻航天员的负担,减少对地面站过多和过高的依赖,提高整个过程的稳定性和可靠性,空间交会对接将朝着“自主+快速”的方向发展。

从2013年起,502所又开始研究自主快速交会对接技术。2021年6月17日,神舟十二号首次成功实施快速交会对接;同年10月16日,神舟十三号首次成功实施径向交会对接;2022年6月5日,神舟十四号再次在太空上演“‘天’‘神’无须苦等,船站快速相拥”的情景……

“夏日到天宫,凭栏望莫穷。”此次3名航天员乘神舟十四号出征,将在领略浩渺太空的同时,把中国的“天宫”建设得更大更强。而航天科技集团五院502所交会对接团队也在努力让这项技术更加成熟、智能、先进,从而有力地支撑后续空间站建造及运营、载人登月和火星采样返回等任务的顺利实施。

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