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  新华网北京6月23日电(记者赵薇、田兆运、王玉山) 神九飞船即将再次撤离天宫一号目标飞行器,而后实施手控交会对接。为什么在自动对接成功后还要验证手控?手控交会有何难点?如何应对?专家为我们做出详细解答。

  为什么要进行手控交会对接?

  神舟八号与天宫一号浪漫的太空之舞实现了中国首次自动交会对接。这一次,神九飞船将实现与天宫一号目标飞行器的手控交会对接。

  既然以自动方式可以顺利完成飞行器的太空对接,为什么还要让神九进行手控对接?载人航天工程总设计师周建平说,从世界载人航天的发展来看,交会对接应该涵盖自动和人工两个方面,二者互为备份,缺一不可。只有自动和人工技术都得到验证,才是实现了完整的交会对接。

  从世界范围看,世界各国交会对接情况各有千秋。美国航天飞机的交会对接主要是手控,自动是备份。而前苏联飞船的交会对接则以自动为主,手控作为备份。

  人的灵活反应和主观能动性,也给太空中的复杂动作增加了安全系数。自动对接是一种程序控制,响应迅速、控制精准,但是,一旦出现策略方案外的情况,自动系统就显得“无能为力”。“在处置意外状况的时候,人脑比电脑更可靠。”飞船系统总指挥何宇说。

  在18日进行的神舟九号与天宫一号的载人自动交会对接中,飞船手动控制系统首次加电,为自动对接提供备份。一旦自动交会对接过程中出现异常情况,航天员将实施手动对接或撤离。这次对接十分顺利,未启用手控方案。

  手控交会对接,也是对国产对接机构的进一步验证。目前飞船与天宫上的对接机构,是中国目前为止最复杂的空间机构。经过此前交会对接验证,其方案和产品可靠性都能够满足任务要求。这一次,神九和天宫一号将进一步验证国产对接机构的可靠性和安全性。

  手控究竟难在哪儿?

  据周建平介绍,实施手控交会对接时,3名航天员返回飞船返回舱。随后,飞船自主撤离至距天宫一号400米处,再自主接近目标飞行器,在120米停泊点转由航天员手动控制,完成交会对接。

  周建平说,与以往飞行任务相比,神舟九号飞行难度和复杂程度大幅增加。对接过程中,航天员要准确判断两个航天器的相对位置,通过姿态和平移两个手柄,控制飞船姿态、前进速度和方向,对眼手协调性、操作精细性和心理素质要求极高。

  中国航天员科研训练中心副主任白延强说,手控交会对接实际上是把两个高速飞行器对接起来,使其成为一个组合体。“神九飞船和天宫实验室飞行速度每小时超过上万公里,重量在8吨到9吨,对接时候要求接近的相对速度是0.2米/秒,角度偏差1°之内,横向偏差在0.2米到0.3米。”白延强说,这就要求在对接过程中,严格控制高速飞行器的误差。

  “这就像天宫上有个靶子,对接就是要像枪一样打中瞄准心。”白延强说,对接很容易出现三种偏差,“一是左右上下的俯仰偏差;二是位置偏差;三是发生了旋转,产生了姿态的偏离。”因此,要求航天员对这六个自由度的偏离有很好的把握。

  何宇做了这样的比喻:“神舟七号航天员还是在‘坐飞船’,从发射到返回都采用自动控制,不需要人手动干预。而神舟九号进行人控交会对接,对航天员来说就已经是在‘开飞船’了。航天员要掌握飞船姿态和轨道的控制权,就如同我们开车,既要控制方向,又要控制速度。”

  手控交会对接带来的另一个难点是,航天员在地面的训练虽然是仿真的,但地面环境与太空毕竟不是百分之百相同。“这就要求宇航员对天地差异有一个正确的认识。”白延强说,“要达到正确的认识,就要靠千百次的训练。”

  如何确保手控对接成功?

  航天员系统总指挥、中国航天员科研训练中心主任陈善广说,为了顺利完成交会对接任务,航天员系统开展了前期的科学研究,验证交会对接控制的模式、机构、界面是否符合人的心理、生理认知特点,根据验证结果为工程研制适合航天员的交会对接工程系统提出了要求。同时,研制了手控交会对接的模拟设备,还专门研制了单项的训练模拟器,并对现有的全任务训练模拟器进行了增补和改进。

  航天员选拔训练研究室主任吴斌说,航天员的手控交会对接训练细分为多个科目,训练从难、从严。科目设置考虑到阳照区、阴影区、有参数、无参数等多种状况,模拟了可能发生的40多种故障,同时在训练中也随机设置故障和偏差,给航天员增加噪声等干扰。

  “设置各种情况,主要是为了从实践出发,使航天员无论处在什么样的状态,都能实现对接。”吴斌说。

  为使手控交会对接万无一失,航天员在地面进行了上千次的训练。“手控交会对接的精度甚至比工程给定值还要精确。”吴斌说,“负责交会对接任务的刘旺,训练已经达到1500次。在仪表没有数据的情况下,他仅靠光学显示就能够操作。”

  何宇说,系统对飞船的适应性和可操作性进行了验证。部分技术人员作为实验“样本”,在地面模拟器上进行了测试。飞船针对载人交会对接形成了多种预案,确保飞船出现任何问题,都能及时、安全地退回。此外,飞船系统还专门组织了一支队伍,作为“地面支持岗”,陪同航天员进行交会对接训练。

  “这有些像汽车驾驶的‘陪练’,及时提醒航天员的操作、驾驶习惯。”何宇说,“交会对接充满风险,要保证飞行器的安全,更要保证航天员的生命安全。”