科學(xué)家千百次模擬“太空之吻” 為交會(huì)對(duì)接精準(zhǔn)定位

　　曾經(jīng)“吻”你千百次

　　為交會(huì)對(duì)接的成功，科學(xué)家在地面千百次模擬“演習(xí)”

　　今天凌晨1時(shí)36分，我國(guó)首個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室天宮一號(hào)與神舟八號(hào)飛船在廣袤的太空中成功完成“太空之吻”，實(shí)現(xiàn)了載人航天工程首次空間交會(huì)對(duì)接。

　　鮮為人知的是，為了這次交會(huì)對(duì)接的成功，科學(xué)家在地面上作了百千萬(wàn)次模擬“演習(xí)”。

　　把太空環(huán)境“搬”到地面

　　“太空環(huán)境非常惡劣，會(huì)出現(xiàn)許多在地面上難以想象的問(wèn)題。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所副教授朱延河舉例說(shuō)，在地面環(huán)境中輕易不會(huì)黏合在一起的鐵塊和鋁塊，在高真空的太空中會(huì)像黏合劑一樣黏在一起甚至像焊在一起無(wú)法分開(kāi)，這就是“冷焊現(xiàn)象”。

　　平時(shí)機(jī)器的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，只要滴入一些液態(tài)潤(rùn)滑劑，就能馬上“生龍活虎”，但真空環(huán)境中液體可能瞬間蒸發(fā)。

　　為此，哈工大機(jī)器人研究所和上海805所合作研制了空間對(duì)接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺(tái)，真實(shí)模擬了對(duì)接機(jī)在高低溫、真空等各種太空極限環(huán)境下的對(duì)接過(guò)程，并解決了冷焊現(xiàn)象、大溫差卡死、真空潤(rùn)滑等問(wèn)題。

　　“我國(guó)是世界上第三個(gè)擁有此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。”朱延河介紹說(shuō)，空間對(duì)接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺(tái)，利用等效質(zhì)量模擬原理，實(shí)現(xiàn)了熱真空環(huán)境下飛船對(duì)接的全過(guò)程模擬，是我國(guó)第一次在真空罐內(nèi)實(shí)現(xiàn)大型對(duì)接模擬試驗(yàn)，也是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)的大型地面動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備在真空條件下的試驗(yàn)測(cè)試。

　　為交會(huì)對(duì)接精準(zhǔn)定位

　　在太空中，天宮一號(hào)和神舟八號(hào)高速運(yùn)行，位置稍有偏差就可能出現(xiàn)“擦肩而過(guò)”甚至“迎面相撞”的事故，導(dǎo)致交會(huì)對(duì)接的失敗。

　　據(jù)哈工大航天學(xué)院控制與仿真中心教授姚郁介紹，這就需要在實(shí)施對(duì)接前，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)應(yīng)使飛行器的相對(duì)位置、相對(duì)姿態(tài)與相對(duì)速度都達(dá)到一定技術(shù)狀態(tài)的要求。

　　由哈工大研制的九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)用于模擬交會(huì)過(guò)程中追蹤器和目標(biāo)器的空間運(yùn)動(dòng)，是空間實(shí)驗(yàn)室和飛船交會(huì)過(guò)程的地面仿真專(zhuān)用設(shè)備。該設(shè)備主要包括目標(biāo)三軸臺(tái)、追蹤三軸臺(tái)、三維平動(dòng)系統(tǒng)三部分。

　　姚郁說(shuō)，目標(biāo)三軸臺(tái)用于模擬目標(biāo)飛行器的姿態(tài)變化，追蹤三軸臺(tái)用于模擬追蹤飛行器姿態(tài)的變化，三維平動(dòng)系統(tǒng)用于模擬兩個(gè)飛行器之間相對(duì)位置變化。3個(gè)部分都要實(shí)現(xiàn)三個(gè)維度的控制，即所謂九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，3個(gè)部分聯(lián)動(dòng)最終實(shí)現(xiàn)“太空之吻”位置的精準(zhǔn)定位。

　　該系統(tǒng)采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，突破了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)與控制、測(cè)量與標(biāo)定、高速實(shí)時(shí)通訊等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使設(shè)備的綜合指向精度指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　在2007年交付中國(guó)航天科技集團(tuán)五院502所，2008年正式投入使用后，該系統(tǒng)開(kāi)展了一系列相關(guān)試驗(yàn)。“該設(shè)備的使用，有效保證了天宮一號(hào)和神舟八號(hào)的正式上天狀態(tài)跟地面預(yù)演狀態(tài)的一致性，功不可沒(méi)。”姚郁說(shuō)。

　　相關(guān)文獻(xiàn)表明，直到2010年，波音公司才投入使用了與九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)指標(biāo)相當(dāng)?shù)耐��?lèi)仿真設(shè)備。

　　模擬真實(shí)“太空之吻”

　　有了交會(huì)對(duì)接的模擬環(huán)境和之前的精準(zhǔn)定位，關(guān)鍵的對(duì)接技術(shù)更加重要。完整的對(duì)接包括初步接觸、捕獲、校直緩沖、拉緊鎖定等幾個(gè)步驟。

　　對(duì)接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)模擬器就是為了真空模擬“太空之吻”，它是對(duì)接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺(tái)最重要的核心設(shè)備，它的主要作用是模擬常溫與高低溫環(huán)境中的空間飛行器在對(duì)接過(guò)程中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用于航天器空間對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制、測(cè)試和鑒定試驗(yàn)。

　　參與項(xiàng)目的哈工大電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所副所長(zhǎng)叢大成介紹說(shuō)，該設(shè)備采用半物理仿真的方法，兼取數(shù)學(xué)仿真的靈活特性及物理模擬的真實(shí)性，實(shí)時(shí)模擬兩個(gè)飛行器在設(shè)定對(duì)接初始條件下的對(duì)接動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

　　該項(xiàng)目的成功研制，為載人航天復(fù)雜的空間動(dòng)態(tài)對(duì)接過(guò)程地面模擬試驗(yàn)提供了最重要的技術(shù)保障，為對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制、驗(yàn)收和鑒定試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　“六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器挑戰(zhàn)性技術(shù)難題的順利解決，使我國(guó)完全獨(dú)立自主地掌握世界頂尖六自由度運(yùn)動(dòng)模擬器的高度集成制造技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平。”叢大成表示。（通訊員 閆明星 吉星 記者 雷宇）

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[責(zé)任編輯：吳怡]