快要等到你 “神舟十一号”

图文:中国数字科技馆 | 2016-11-28

导语:今年中秋节,我国航天工作者给全国人民献上了一份中秋大礼——“天宫二号”空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功啦。截止到目前为止,“天宫二号”已经在外太空工作了近一个月的时间,期间经历了发射入轨段、变轨控制段和在轨测试段。不过,更加令人关注的则是交会对接准备段,因为它马上就要迎来它的新伙伴“神舟十一号”,彻底“脱单”啦!目前,“神舟十一号”载人飞船已完成总装和测试工作,计划于今年10月中旬发射升空。本期微专栏,我们就一同来聊聊“天宫”与“神舟”的那些事儿!

不远万里找到你 只为与你完美对接

   在“神舟十一号”到来之前,“天宫二号”已经做好了充分的准备,进入到距离地面393公里的交会对接轨道,等待与“神舟十一号”的相会。然而,它们两个见面的难度堪比牛郎会织女,极其不易。

  “交会对接”其实分为两个阶段,顾名思义:第一阶段就是“交会”,指的是两个飞行器慢慢接近的过程。通俗来讲,这一阶段的主要目标就是“我要找到你”,在“神舟十一号”发射进入轨道的时候,距离“天宫二号”大概有上万公里,距离之远使得它们互相还不能看到对方,这时就要靠我们地面的工作人员利用卫星等设备测量的数据对其进行指挥控制,根据两个飞行器轨道的偏差来控制飞船变轨,经过若干次调整后,“神舟十一号”将一点一点接近“天宫二号”,直到它们相距约50公里的位置。在这个过程中,切不可“急功近利”,俗话说“欲速则不达”,控制它们的相对速度尤为重要,如果相对速度非常大,轻则把两个飞行器撞飞,重则有可能将其毁坏。因此,尽管它们两个热切期望见到彼此,不过“矜持”一点总是好的,在外太空“擦出火花”可不是一件好玩的事。

  “神舟十一号”经过2天的飞行,在与“天宫二号”相距50公里时,终于能够看到彼此了,接下来它们就要进行交会对接的第二个阶段:对接。而这个阶段是考验它们俩默契程度的关键阶段,因为整个操作过程需要两个航天器自主完成,因此也对其精准程度有很高的要求。首先,“神舟十一号”需要利用自身的测量敏感设备,来主动地捕获到“天宫二号”,从而建立起两个飞行器之间的相对测量关系。接着,在飞船得到这些测量信息之后,就要通过它自带的计算机进行“自主化操作”:自主计算、自主控制,完全自动地去接近“天宫二号”,“神舟十一号”飞船上有一个像手一样的捕获装置,它会先伸出手来把天宫二号紧紧抓住,再进行精确瞄准,最终实现接触对接。所以它们二者需要不断地确认彼此的位置关系,调整自己的姿态和速度,做到步调一致才行。在对接的过程中,两个航天器的相对速度要从之前的7.8公里/秒降到0.2米/秒,要保证两个重达8吨多的飞行器高精度地完成对接,就如同靶场射击,对精度有着极高的要求,难度相当于从几万公里外穿过针孔。在“天宫二号”和神舟飞船的对接结构中,小到指甲大小的齿轮和针头大小的接口,都要严丝合缝对在一起。

  顺利完成对接之后,“天宫二号”和“神舟十一号”终于合二为一,牵手成功,形成了一个组合体,开始了它们在太空中的幸福生活,连体飞行30天。

“载蚕”上天?这可不是异想天开

  如果把“天宫二号”比作一个太空旅馆,那么“神舟十一号”就是运送旅客的交通工具,这次乘坐“神舟十一号”的两名男乘客将在太空中生活30天。可别以为在太空中玩耍是一件轻松的事情,在失重的环境中生活30天,并不是一件容易的事。不过,这两位航天员的太空旅途并不孤单,因为还有一群可爱的小家伙们陪伴着他们,它们就是萌到融化的蚕宝宝。

  “蚕宝上天”缘于香港的基督教宣道会宣基中学的梁芷韵设计的“太空养蚕”实验:蚕宝宝的“房子”是一个透明塑料箱子,里面还设有“食堂”和“卫生间”,相当齐备呢。同学们利用物理学的对流原理,将蚕虫粪便输送到一个收集空间,保持卫生。这个养蚕装置经过了多番改良,目的是降低蚕虫在太空中的死亡几率。实验设计者预计蚕宝宝升空8天后就会吐丝结茧,并且在失重环境下产生的蚕丝应该会比较粗,韧性较强,可应用于不同领域,比如制作航天服。

  除此之外,在轨飞行期间,航天员们还将开展航天医学、空间科学实验和空间应用技术、在轨维修技术、空间站技术试验以及相关科普活动,让我们拭目以待。

孤单寂寞不再有 等待天舟来探望

  欢乐的时光总是短暂的,你是否也在担心,在“神舟十一号”完成任务返回地球后,又会留下“天宫二号”独自徜徉在太空?别担心,明年,还有一位好朋友会去太空探望它呢,它就是——“天舟一号”。“天舟一号”是我国自主研制的一艘货运飞船,全长9米,最大直径3.35米,最大发射质量13吨,最大货物运载量6吨,在尺寸及运载能力上都已达到世界先进水平,它预计于明年4月份发射。

  别看它们都含一个“舟”字,虽然都是“船”,它们却是两种完全不同的“船”:一个是“载人飞船”,用来载人的;一个是“货运飞船”,用来运货的。不过,“货运飞船”真的只能给“天宫二号”送货吗?你可别小看了这个“货运飞船”,它可是身兼数职呢:

  ●进行平台以及飞行器试飞等各项功能的全面测试和验证。

  ●补加推进剂为“天宫二号”服务。

  ●配合“天宫二号”进行一些实验项目。

  这里就不得不提到一个很厉害的实验:货船控制整个组合体的实验。在“天宫二号”与货船交会对接后,一般情况下是由“天宫二号”来控制组合体,货船停靠以后,就像小船靠在了航空母舰上,货船切换到休眠或者半休眠状态。但是科学家们现在要挑战这种“一般情况”,要做货运飞船控制组合体的实验:即由货船来控制整个组合体的飞行!这样做并不仅仅是为了好玩,更重要是为了保证我们在太空中的航天器的安全。一旦“天宫二号”出现问题,科学家们希望货船能对其进行控制,而不单单靠“天宫二号”自己。

  不仅如此,科学家们希望货船不仅能控制像“天宫二号”这样的独立飞行器,更希望对未来所要建造的空间站有所控制,即使在空间站的一个舱出现问题的情况下,货船也可以控制整个组合体正常运行。这就要求我们做到“以小控大”和“以大控小”均能实现,而这也主要是为了保证在特殊情况下我们对外太空中各种飞行器和空间站“不失控”,可以处理故障及正常撤离。

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  (开开小屋-听一听《科学开开门第32集-天宫二号》)

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