神舟八号发射前险因神九试验出意外被拆卸

2011-11-05 20:06 来源: 《瞭望》新闻周刊
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  11月3日凌晨,在距离地球350公里外的太空中,“神舟八号”飞船经过4次自主变轨控制,抵达距“天宫一号”约5公里的对接入口点。随后,从对接机构接触开始,经过捕获、缓冲、拉近、锁紧4个步骤,实现了刚性连接,形成组合体,开始了为时两天的整体飞行。

  两个8吨重“庞然大物”的高精度对接,对接机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,无异于“针尖对针尖”。首次交会对接任务的成功,意味着继美、俄之后,中国成为第三个独立掌握交会对接技术的国家,这为我国今后开展更大规模的空间探索奠定了扎实的技术基础。

  在接下来的12天中,“天宫一号”与“神舟八号”还将进行第二次交会对接试验。

  早在“神舟八号”发射之前,记者便来到酒泉卫星发射中心探营,见证了这一场太空中的“穿针引线”背后的艰辛。

集智攻关突发事件

  吃饭时食堂“唱空城计”,走路刮“跑步旋风”,拨打电话语气急促在酒泉卫星发射中心,记者感受到了这里的“快节奏”。

  “‘天宫’在天上等着‘神八’赴约,这对飞船的发射窗口提出了非常严格的要求。”中国航天科技集团公司载人航天工程办公室主任童旭东道破了紧张氛围的缘由。

  然而,正当转场工作紧锣密鼓地准备时,从北京传来的一个突如其来的消息让每个人的心情变得暗淡下来。

  10月22日下午4点,位于北京的神舟九号飞船在进行整船热试验时发生了意外情况。“神九”上的CTU(计算机核心单元)在一个特定的温度段发出指令时,遥测信号丢失。“这意味着如果飞船在这样的情况下接收这样特殊的指令,飞船瞬间会与地面失去联系。一旦出现这样的意外,后果不堪设想。”童旭东告诉本刊记者。

  按照原定计划,再过两天,“神舟八号”船箭组合体将结束测试区的各项工作,运往发射阵地,火箭发射进入“倒计时”状态。根据航天质量管理条例,相同批次的产品出现问题,要开展举一反三工作,及时剥离问题,确保飞行无隐患。而当这个消息传来时,距离船箭组合体转运时间只剩3天了。

  怎么办?是“冻结状态”全力举一反三,还是边查问题边推进工作?此前,在“长二丙”失利后,目标飞行器和火箭试验队冻结了10天的工作,等待“长二丙”的事故调查。此刻,“天宫”已经在太空调整好姿态等待“神八”到来。交会对接任务对追踪飞行器,即“神舟八号”飞船的发射窗口有非常严格的要求。而首次对接任务选择在阴影区,11月份只有1号、3号和5号有发射窗口,一旦错过,下次“太空约会”就要顺延到12月底了。

  在第一时间,中国航天科技集团公司组织了“两总”迅速研讨,并组织西安的专家迅速攻关。在问题发生当天,“神九”上的CTU被立即运抵西安,同时在酒泉卫星发射中心执行任务的专家连夜返回西安,进行集智攻关。大家达成一致,当前一方面是要继续对该问题进行定位、复现,找到问题所在,同时做好“神舟八号”相关预案。

  一场“三地大协同”的攻关战役就此打响。北京、西安迅速启动了对“神舟系列”其他产品的验证试验;在酒泉卫星发射中心执行“神舟八号”任务的试验队员很快启动了“拆神八”的预案。

  “拆卸工作非常复杂,抛开操作上的风险不说。仅仅从正常的操作工艺程序来说,就需要4天的时间。那将意味着将错过11月1号和3号的发射窗口,发射日期将顺延到5号。假如再受天气等因素的影响,将会给决策带来重大风险。”童旭东解释道。

  时间一分一秒走过,每个人都在等待西安试验的结果。原定在10月25日上午10点举行的CTU归零会议一推再推,从10点推到下午3点,又从下午3点推到5点,又从5点推到晚上8点

  晚上9点半,当北京、上海、西安、酒泉卫星发射中心四地的专家都悉数到场时,报告人带着“新鲜出炉”的报告还在路上。大家都在焦急地等待着。

  会议很顺利。经过前后方试验队员3天3夜的鏖战,得出了两个结论:一是出现问题的只是一个特定的温度段,只会出现在地面试验上,飞船在飞行中不会遇到;二是不会给飞船发出该条指令。而即便出现故障,飞船团队也有预案能够顺利解决这个问题。

  经过来自4地150多位专家的“集体会诊”,作出了“不拆卸神八CTU”的决定,保持了“神舟八号”的原有状态。当大家集体鼓掌通过时,人们的脸上才露出了久违的笑容。

  “现在回头来看。这个决定非常有价值。尽管该问题是由于我们的产品不够‘强壮’所致,但是从大家的应急反应来看,证明了载人航天团队特别能战斗,在关键时刻,基于对产品、系统的全面试验,做了一个非常果断的决策。”童旭东说,只有工作做细了,才能有这种果断“拍板”的勇气和自信。

长二F第九次出征

  在首次交会对接任务中,已经圆满执行过7次任务的长二F火箭将再次两度执行飞行任务,分别将“天宫一号”和“神州八号”送入太空。

  “在首次交会对接任务中,针对‘天宫一号’和‘神舟八号’的不同使命,我们共研制了两枚火箭。从硬件来讲,我们尽量保持两枚火箭状态的一致性,能够通用的技术全部通用,确保研制生产过程全程可控。”火箭总设计师荆木春告诉记者,依据现在载人航天工程的发展速度,承担着“载人使命”的长征二号F火箭即将迎来批量生产时代,确保火箭技术状态的稳定可靠是“第一要务”。

  相比于之前承担的载人航天任务,此次遥八火箭要在1个月内执行两次发射任务,这对长二F而言是一个不小的挑战。而“神舟八号”任务对发射精度更是提出了严格要求。

  为了实现“高精度”的目标,此次火箭首次采取了迭代制导的控制手段,能更好地减小入轨误差。荆木春告诉记者,不同于摄动制导,迭代制导的入轨方式更加灵活智能。值得一提的是,这是该项技术首次应用在长征火箭之中。

  为什么要在发射“神舟八号”时采取迭代制导的入轨方式呢?火箭副总师宋征宇形象地给记者举例。“如果把‘天宫一号’和‘神舟八号’的对接看成是一场接力比赛,运动员沿着直线追上被对接的队员显然比绕着追赶更加省力。对运动中的个体而言,横向机动很困难。这对‘神舟八号’飞船和‘天宫一号’目标飞行器的对接也是如此,必须确保‘神八’与‘天宫’在一个轨道面。”

  迭代制导的入轨方式将打破常规火箭的轨道计算模式。“以前火箭发射的入轨模式就像飞机飞行一样,按照既定的航道飞行,当偏离航道后,自行进行调整。采用迭代制导方式后,火箭将实现一边飞行一边计算最适合当前状态的入轨点,同时设计飞行轨迹,并控制火箭按照设计的轨迹飞行,这样能够最大程度保证火箭的入轨精度,尤其是轨道面的精度,从而实现火箭入轨的智能化控制。”宋征宇告诉记者,采取迭代制导后,火箭每0.02秒就要作一次入轨点预计和轨道修正,计算量比传统制导方式增加了30多倍。

  同样举飞机飞行的例子,受气流因素,飞机航行时发生颠簸偏离航道是正常情况。对于火箭而言,受大气、结构设计、发动机等因素的干扰,火箭在飞行中也很难做到完全按照预定的轨迹飞行,这就需要火箭在飞行中不断修正轨道,从而最大程度地保证入轨点的精度。“此次迭代制导大概在火箭点火350秒后发挥作用,让火箭在飞行的过程中实时作出轨道修正,确保把‘神舟八号’精确送入轨道。”宋征宇说。

  搞火箭的人都知道,在测定发射窗口之前,首先要明确“乘客”的目的地,即卫星(飞船)的入轨点。“以前飞行器的入轨点一般在发射前1个月就能确定。此次发射“神舟八号”飞船,为了确保入轨点的精度,在发射前6小时进行最后一次测轨,并在射前4小时才最终确定要对接的‘天宫一号’在空间的轨道参数,此时我们才能知道要把“神舟八号”送到哪里。这对我们的适应能力是一个极大的考验。”宋征宇解释道。

零窗口要求

  执行过发射任务的人都知道,发射时刻有一个时间段,如果在发射前出现问题需要推迟,发射时间可以顺延。这意味着在这个区间内的任何一个时间点内发射,都能满足发射要求。此次“神舟八号”肩负对接使命,为了与“天宫一号”实现精确对接,工程总体出了“零窗口”的发射要求。这意味着火箭在当天的发射时间只有“一秒”的机会,错过了就需要再择机。

  “‘天宫’在宇宙中以每秒7.8公里的第一宇宙速度在做相对运动,这意味着错过一秒,‘天宫’就已经在天上了‘前进’了7.8公里,“神舟八号”要通过消耗自身燃料去‘追赶’目标飞行器。”荆木春形象地说。飞行器上天后靠消耗自身燃料调轨是航天发射“没有办法的办法”。

  “这次发射活动和之前发射卫星不同,以前的发射只需考虑卫星上天后能够尽快把太阳能帆板对准太阳,以便能够在第一时间获取能量。而这次发射“神舟八号”飞船的第一任务是要为对接做准备,与‘天宫一号’这个在宇宙中运动着的庞然大物对接。”据荆木春介绍,在这样的情况下,“零窗口”发射就显得尤为重要。

  从发射“天宫一号”起,长征二号F火箭结束了技术上“小修小补”的时代,在继承了当今电子、信息处理、计算机等领域的技术革新成果后,在确保可靠性的前提下,长二F火箭完成了转型,一枚性能更加优良、运载能力更加强大、载人环境更加舒适的火箭应运而生。

  明年,神舟九号、神舟十号飞船相继升空,空间站建设大幕即将拉开。对于航天人来说,“大考”即将接踵而至。