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神十成功发射 聚焦航天自动化技术

行业聚焦点中国仪表网2013年06月13日 11:49人气:22069

  导读:当代航天工程是一项非常庞大系统工程,需要计算、电子、控制等领域都要有上佳的表现才能胜任这一系列的工作。神舟十号飞船发射圆满成功,此次太空对接分两次执行,一次为自动化对接,一次为航天员手动对接。作为自动化专业人士,我们关心更多的是自动化对接。
  
  神舟十号飞船发射圆满成功,意味着从这一刻起,我国载人航天的重点将由载人飞船转向建造空间实验室和未来空间站。神十成为通向我国未来空间站计划的重要里程碑。神十的发射直播中,在其太阳能帆板展开时,我们可以清楚的听到技术人员报出帆板指令发出,然后从飞船外部监控探头清晰看到帆板迅速展开,再次印证地面指令与飞船自动化之间的关系。在此次神舟十号十五天的在轨运行中,还将与天宫一号进行交汇对接,这是继神九之后的再一次对接任务。
  
  从神舟五号到神舟九号任务,都是为了验证飞船自身的技术,神舟九号突破并掌握了载人交会对接技术,具备作为空间站的天地往返载人运输系统的能力。目前,神舟十号飞船的任务不再是试验,而是将执行“太空班车”任务,为空间站提供人员和物资运输保障等。这意味着中国将拥有一个可以实际应用的天地往返运输系统,这是中国航天科技的又一重大突破。
  
  当代航天工程是一项非常庞大系统工程,需要计算、电子、控制等领域都要有上佳的表现才能胜任这一系列的工作。整个航天工具的运行中,自动化控制一直占据项目主流,通过它来实现航天器的平稳运行。未来随着众多基础科技的不断突破,自动化不管是在我们的科研探素还是工业生产中都将是重点发展方向。
  
  此次太空对接分两次执行,一次为自动化对接,一次为航天员手动对接。作为自动化行业人士,我们关心更多的是自动化对接。天宫一号的对接机构共有118个传感器进行测量,5个控制器接发指令,上千个齿轮轴承进行力和运动的传递,通过14个电机和电磁拖动机构进行动作,数以万计的零件和紧固件组成复杂的、机电一体化的周边式对接机构,中间留有直径800毫米的人孔通道。这种活动部件多、传动链长、精度要求高的产品,必须有系统集成的工程化设计才能完成。
  
  同时,在整体对接过程中核心部分必是自动化控制。不管现在还是以后虽然会进行手动对接,但是手动只是在恶劣太空环境下导致空间设备软硬件故障之时才会采取的备用措施,大多数正常情况下,自动化控制才是主流。
  
  中国将开始研究太空快速对接技术
  
  两个航天器在太空进行交会对接是一项相当复杂的技术,这也是苏联/俄罗斯、美国和中国把它放在航天员太空出舱活动之后,再通过多次发射来攻克它的重要原因。苏联/俄罗斯的航天器从20世纪60年代就突破了空间交会对接技术,但在2010年还是出现了空间交会对接故障。中国将在2012年前实现航天员出仓活动以及航天器在太空对接技术的突破,这两项关键技术将为未来组建空间站甚至登月积累技术基础。
  
  中国载人航天工程办公室副主任武平称,早在上世纪六十年代美苏就以快速模式多次进行交会对接,俄罗斯成功实施了三次快速交会对接,今年上半年联盟载人飞船一次是三月一次是五月两次与空间站实施快速交会对接,可以说实现快速对接对于空间救援特殊要求的货运运输任务都是很有意义的,但是快速对接也对追踪飞行器的测控系统航天员适应能力提出了更高的要求,同时也对发射窗口的选择开了很多约束条件。此次的神十任务仍然采用神八神九一样的模式两天对接。后续将根据中国空间站建设需要,开展快速对接技术的研究应用。
  
  中国将研究快速对接技术。今年上半年俄罗斯“联盟”飞船先后3次与空间站实施快速交会对接。使用快速对接模式有两个好处:一是宇航员在出现失重感时已经快要抵达目的地,这使飞行变得更加舒适;二是可以将科研用品,特别是生物制剂尽快送到空间站,这对某些实验来说非常重要。一名前往国际空间站工作的俄罗斯航天员称,鉴于抵达时间大大缩短,可以考虑把冰淇淋带到空间站上吃。但快速对接也对追踪飞行器的测控系统提出更高要求,同时对发射窗口的选择增加了很多约束条件,这次神十任务仍然采用神八、神九一样的模式,花费两天对接,但后续将根据中国空间站建设需要,开展快速对接技术的研究应用。
  
  中国未来空间站2020年将完成组建
  
  根据我国载人航天“三步走”的发展战略,第一步,掌握载人航天技术,使我国成为世界上第三个能够独立研制、成功发射和顺利回收载人航天器的国家。第二步,突破航天员出舱活动与飞行器空间交会对接的关键技术,实施空间实验室工程。第三步,2015年以后建造20吨级的空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
  
  神舟十号任务还处于第二步当中。据介绍,现在交会对接任务如此重,因为它是将来空间站建造必须掌握的技术。因为没有任何一个火箭可以一次性把空间站打上去,即使能行,效率也不高,未来空间站的多个舱都是在在轨组装基础上完成建造的。根据规划,2015年前,我国将再陆续发射天宫二号、天宫三号两个空间实验室,中国空间站工程将在2020年前后完成组建、建造。
  
  空间站将实现废气废液要循环利用
  
  载人航天工程总设计师周建平此前接受采访时介绍,空间站是一个很复杂的航天器,空间站有三个舱段,要运行十年的寿命,技术上的挑战相当大。空间站需要有效的补给,代价非常高,因此需要采用再生的方式,追求最高效的可循环的途径。比如人在生活过程中产生的废气、废液都要能够处理,循环利用,尽量减少地面补给。
  
  据介绍,验证了这些关键技术以后,我国会首先发射空间站的核心舱,所谓核心舱,它能够提供空间站的控制、供电,包括环境控制、生命保障,数据管理等等。作为控制中枢来管理整个空间站。然后再相继发射两个实验舱,这三个舱是20吨级的舱,在太空近地轨道上对这三个舱进行对接组装,最后构成一个丁字形、T字形的空间站。
  
  空间站建成以后,一方面是具有航天大国或者强国的象征性意义,另一方面,从经济上、整个科学研究上也要赋予其独特的性能,使其物有所值。空间站建成后,驻站人员的交替、实验设备的更换和所需物资包括生活用品的供给,都将由神舟号系列飞船承担。
  
  在1984年的一次太空探索中,发现号航天器的废水通风系统失灵,导致航天器外形成一个非常大的尿液冰柱。意识到冰柱会在返航时破裂,并损坏航天器上的隔热层,宇航员只得用飞船机器臂将其打碎。航天器的隔热层保住了,但宇航员不得不关闭尿液收集系统。这场危机虽然得以避免,但宇航员们在这个6天任务的剩余时间里,再也没有厕所可用。
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