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航天专家做客网易谈神八返回:关键设备已国产化
浏览次数:90     发布时间:2011-11-19    

航天专家做客网易谈神八返回:关键设备已国产化

孙武先生、黄宜虎先生、于华男先生做客网易谈神八对接和返回。

11月3日凌晨,神舟八号和天宫一号完成首次交会对接,我国成为世界上第三个掌握了交会对接技术的国家。11月14日晚,神八和天宫进行了二次对接,并将于17日返回。今天,我们邀请到中国航天科工二院25所交会对接微波LD总设计师孙武先生、中国航天科工二院25所高级工程师黄宜虎先生、中国航天科工三院高精度加速度计组合主任设计师于华男先生,为我们讲解二次对接和神八返回。

网易新闻:在经历了11天的组合体飞行后,神八和天宫已成功进行第二次交会对接,神舟八号做了哪些准备?

孙武:神舟八号和天宫一号现在处于联合体飞行的状态,由于轨道的原因,一定要确保二次对接时处于中国的上空,在自己国家测控网的覆盖范围之内,这是一个必要条件、先决条件。

另外,二次对接的主要目的是为了验证交会对接测量设备在光照区的工作情况,确保以后对接的灵活性。

网易新闻:第二次交会对接过程中,地面控制中心要做哪些工作?

黄宜虎:检测主要分成地面和在轨两部分进行。

地面监测中心要调整好地面测控设备,飞控中心要对两个飞行器进行在轨测试,通过各地观测站实施在轨飞控。

网易新闻:在茫茫太空中,神八是如何把握和天宫之间的速度和位置的?

孙武:神八和天宫之间的距离、速度、相对姿态需要用交会对接微波LD、激光LD和CCD传感器测量数据,这些数据通过GNC系统进行控制,以保证它们之间的相对姿态、相对距离、相对速度。

在两个飞行器相距很远时,主要是靠远距离交会微波对接LD捕获信号;在相距20公里时,激光LD开始工作;到最终相距无限接近0时,主要是靠CCD敏感器对两个船体之间的相对距离、相对速度和相对角度进行测量,完成对接的。

网易新闻:听说航天科工集团在这次的交会对接中有一个整机设备立下了汗马功劳,请孙总为我们介绍一下。

孙武:航天科工集团二院25所承担了敏感器交会对接LD部分的工作,远距离可以到两百公里,近距离可以直到对接。整个设备在一次对接、二次对接中表现特别优异,这个设备是二院25所从1999年就开始跟踪研制的,1999到2002年,我们做了一部毫米波交会对接LD;在2003年到2006年之间,我们研制了伪码干涉仪体制的微波LD;从2007年开始研制交会对接微波LD工程样机,采用伪码测距、多普勒测速、干涉仪测角。

微波LD一是搜索范围比较大,可以搜索从一多百公里到零米的半径;二是测量精度比较高,是以往LD不可比拟的;三是这个微波LD比较自主,不需要外部信息来控制;四是抗干扰,不光抗电磁干扰,还抗太阳光的干扰,可靠性比较高。

从2007年到2010年,经过短短四年的艰苦努力,我们完成了从原理、设计、验证到首次交会对接的单机LD工作。

网易新闻:微波LD的运作原理是什么?

孙武:微波LD在两船相遇两百公里的时候开机,微波LD分为微波LD主机和微波应答机,应答机放在天宫上,微波LD主机放在神舟八号上,微波LD主机首先发射信号,天宫一号上的应答机捕获跟踪目标,然后转发信号。神舟八号上的交会对接LD搜索、捕获、跟踪目标,完成双向捕获,然后进行精确跟踪和测量。

网易新闻:加速度计也是对接过程中的关键技术之一,相对于神一到神七的加速度计,神八使用的加速度计有什么不同呢?

于华男:神一到神七飞船的成功发射和返回,验证了加速度计的可靠性,这次神八使用的加速度计最大不同在于高精度上,因为神八是专为交会对接任务研制的,所以这次加速度计的精度必须是经过验证和考核以后最高的。

这次交会对接,航天科工集团参与了单机级的配套,这次交会对接我们研制了高精度的转换电路、高精度的温控系统和加速度计表头,在产品精度和空间环境适应性上都有很大的改进和突破。

网易新闻:第二次交会对接和第一次交会对接相比有什么样的区别和相似性呢?

孙武:首先,第一次交会对接需要变轨,因为天宫一号的轨道比神舟八号的轨道高一些,需要在远距离变轨到基本一致;

第二,首次需要远距离导引,微波LD可以从200多公里直接导到近距离,直到对接。

第三,首次交会对接是在阴影区对接的,二次对接主要是考核阳照区对光学设备的影响,所在区域的情况不太一样。

第四,在二次对接之前首先需要二次分离,然后分离到140公里的停摆点进行二次对接,不需要远距离导引。

在相似性发面,近距离对接过程基本是相似的、一致的。

网易新闻:神八返回时会经历4个阶段:制动飞行阶段、自由滑行阶段、大气层阶段和着陆阶段。请您简单说说每个阶段的飞行器的工作?

黄宜虎:制动飞行主要是让神舟八号在轨道再维持一周,发动机开机,开机后给它一个制动力,让它降速,这是返回前的第一步;

在自由滑行阶段,主要是保持无动力飞行的姿态,让飞船做自由落体,向地球靠拢,距离大概会降到离地球140公里左右,此时推进舱和返回舱的分离;

再入大气层阶段的主要难点是黑障问题;

着陆阶段是让神舟八号的返回舱平稳安全着陆,这次增加了一个降落伞,可以使返回舱在着陆时的稳定性加强、缓冲力减弱。

网易新闻:进入大气层阶段,面临高温、高过载、黑障的问题,神八有哪些技术突破?

黄宜虎:针对高温问题,我们采取了一些比较先进的防热材料;黑障是说黑障区飞船和地面没有任何联系,大概持续240秒左右,如何快速、稳定地找到飞船是非常关键的。这段时间如果失去联系的话,整个返回舱的平安返回就会有问题,神八在设计上也做了一些相应的突破。

网易新闻:伽马高度表是神舟系列飞船的关键设备,它在返回阶段中的作用是什么?

于华男:伽马高度表是三院35所研制的专用于返回阶段的装置,主要是用于在飞船进入大气层之后,测量飞船对地的高度,引导返回舱反向推进发动机点火工作,提供反向加速度以减缓飞船的下降速度。

伽马高度表是整个飞船研制过程中最后一个国产化的产品,经历了很多曲折,但这个产品对于飞船的安全着落,甚至是对以后航天员的生命保障系统都非常重要。

网易新闻:神舟八号的主着陆场仍然选在内蒙古的四子王旗,返回时对天气气象条件有什么样的要求?

孙武:飞行器返回时要求天气晴朗,便于发现目标,同时需要风力,这样着陆点比较容易控制,地面要做好各种保障工作,同时要有信号跟踪装置,要及时发现飞船落点,以便及时做好保障工作。选择在秋天,天气比较晴朗,草原植被相对比较少,这样更容易发现目标。

网易新闻:神八与天宫的交会对接,在中国载人航天工程史上有什么样的意义?

黄宜虎:我国载人航天工程的发展策略在1992年1月份时定下来,所以叫“921工程”,当时定下来分三步走:

第一步,初步掌握载人航天的基本技术,比如天宫一号飞船和神舟八号的研制,掌握在轨控制、火箭的成功发射和平安返回,这些都是基本的载人航天技术。

第二步,突破交会对接技术。

第三步,建立大型的国际空间站,主要解决的问题是长期有人照料。

交会对接对于咱们整个载人航天的重要意义,我想大概是两方面:

第一方面,因为交会对接是所有国家开展空间站建设最基本、最重要的必须走的一条路,如果咱们需要把人、物资运送到空间,后续肯定会通过一些载人飞船,送过去之后要跟飞船实现对接,要不然这些东西进不到空间站里去,所以对接就是为后续建造空间站、发展空间站打下技术基础。

第二方面,交会对接本身涉及到的技术非常多、非常复杂,咱们国家载人航天工程的总指挥也说过,交会对接技术到目前为止是咱们载人航天遇到的最复杂、最困难的一项技术,最近的天宫一号、神舟八号发射,包括交会对接第一次和第二次圆满成功,也证明了咱们国家现在已经掌握了交会对接这个关键技术,为咱们国家后续载人航天事业的发展,会奠定非常坚实的基础。

网易新闻:在神八返回后,你们还有哪些工作要做?

黄宜虎:我们需要做大量数据分析处理的工作,看看数据到底怎么样,找出需要提高、改进的地方。

另外,对于整个工程来讲,按照咱们国家的部署,明年上半年和下半年可能分别会有两次发射,一个是神九,一个是神十,这是咱们载人飞船的任务。再往后,我们也在研制空间站,因为天宫一号空间站只是雏形,真正空间站的研制也正在有条不紊地开展。

网易新闻:据你们了解,神九、神十和神八相比有哪些技术的改进和不同呢?

于华男:据我了解,按照计划,神九可能会在上半年发射,主要是根据这次神八对接的效果来决定是否上人,更重要的是演练各种不同的对接工况。

网易新闻:中国计划在2020年建设完成自己的空间站,目前来看,最大的瓶颈是什么?

孙武:最大的瓶颈有四个方面,第一是火箭的运载能力,建设空间站必须要有更大的运载能力,这是首先要克服的,现在正在研发更大推力的长征五号能满足需求。

第二,建成空间站,不仅需要交会对接,也需要各种绕飞对接,同时还需要空间站的补给技术以及其它一些货运补给。

第三是生保技术,这也是非常重要的,毕竟需要有人长期在空间站驻留。

最后就是需要空间站长期有人照料,这是比较关键的技术。有人长期留轨在空间站上工作,这就需要克服很多关键技术,特别是人在外太空的生存。

网易新闻:国际空间站的建设采取的是大家出钱出力的方式,中国将来空间站的建设会不会接纳外部合作呢?

黄宜虎:咱们国家载人航天工程的总体单位提过,实际中国是非常愿意和国际合作建设空间站的,比如太空的救援技术、空间信息的平台共享。但目前为止,咱们国家和载人航天大国(美国、俄罗斯)有一些合作,但还不够深入。

另外,以后咱们需要跟美国、俄罗斯的飞船航天器进行对接,那就需要我们和国际做对接接口的沟通和协调、做一些适应性的改变。合作目前还有些瓶颈、问题,也都在积极协调,只是国际空间标准可能还需要大家坐在一起共同制定。

总得来讲,咱们国家肯定是非常愿意国际合作的,因为和平利用太空是全人类的梦想和追求。

网易新闻:好的,今天的访谈到这里就结束了,谢谢三位专家。


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