东北网11月2日讯(记者 孙晓锐)日前，我国首个空间实验室“天宫一号”与“神舟八号”飞船在深邃的太空中成功完成“天神”牵手，实现了载人航天工程首次空间交会对接任务。为了这次太空牵手的成功，“天神”在地面上预先做了成百上千次演习。以服务国家航天科技事业为己任的哈尔滨工业大学，参与了与此次交会对接相关的多个科技项目研发，攻克了多项技术难题，为“牵手”的成功提供了重要的技术支撑。
　　空间对接机构热真空试验台：营造太空“牵手”环境
　　天上“牵手”并不容易。因为太空环境非常恶劣，飞行器以相当于地面每秒7.9千米以上的高速飞行，高真空，微重力，会出现许多我们在地面上难以想象的问题。比如，在地面环境中轻易不会粘合在一起的金属块，在高真空的太空中会像粘合剂粘在一起甚至焊在一起那样无法分开，这就是“冷焊现象”。平时机器的轴承正常运转就要加注一些润滑剂，但是在高真空环境中液体很容易蒸发，加上在太空环境中物体在阳光照射下的阳面和阴面会有巨大的温差，一般的润滑剂根本无法使用。为了让“天神”能够适应这种环境，哈工大机器人研究所和上海805所合作研制了空间对接机构热真空试验台，这种试验台实现了全六自由度模拟、全电动控制,在专用操作室采用3维虚拟环境下的遥操作技术，据悉，我国是世界上第三个拥有此项技术的国家，这是我国第一次在真空罐内实现大型对接模拟试验，也是国内首次实现大型地面动态测试设备在真空条件下的试验测试。
　　“神八”上天之前，在这个试验台预先做了4次大型综合测试，通过完整模拟各种太空极限环境下的对接过程，获得测试机构在不同温度环境下的状态，成功排除了冷焊现象、大温差卡死等问题，实现并验证了高可靠性的真空润滑、大型复杂装配。
　　九自由度运动模拟系统：为“牵手”精准定位
　　“牵手”的正式说法应该是飞船与目标飞行器的交会对接。“交会是指两个或两个以上的飞行器在空间轨道上按预定的位置和时间靠近相会。对接则是指两个飞行器在空间轨道上实现机械结构上的连结。”哈工大控制与仿真中心姚郁教授介绍说。“天神”牵手要在高速飞行的条件下完成，位置稍有偏差都可能“擦肩而过”，甚至“迎面相撞”。因此，交会过程中必须实现精准定位，调整好双方的姿态才能顺利完成任务。这就需要在实施对接之前，导航、制导与控制系统应使飞行器的相对位置、相对姿态及相对速度都达到符合要求的技术状态。
　　哈工大负责研制的九自由度运动模拟系统就是用于模拟交会过程中神舟八号和天宫一号空间运动的地面仿真设备。这套设备主要包括目标三轴台、追踪三轴台、三维平动系统3部分。其中目标三轴台用于模拟目标飞行器即本次实验中的天宫一号的姿态变化，追踪三轴台用于模拟追踪飞行器即本次实验中的神舟八号姿态的变化，三维平动系统则用于模拟两个飞行器之间相对位置变化。3个部分都要实现三个维度的控制，即所谓九自由度运动模拟系统，3个部分联动实现“牵手”位置的精准定位。
　　在这个模拟系统的研制过程中，哈工大科研人员突破了机械结构设计、驱动与控制、测量与标定、高速实时通讯等多项关键技术，其综合指向精度指标达到国际领先水平。该系统于2008年正式投入使用，并开展了一系列相关试验，比2010年波音公司采用同类仿真设备的时间整整提前了两年。
　　对接机构综合试验台运动模拟器：模拟真实“牵手”
　　攻克了模拟环境和精准定位两道关口，关键的对接技术对于此次试验更加重要。完整的对接过程包括初步接触、捕获、校直缓冲、拉紧锁定等几个步骤。参与项目攻关的丛大成介绍说，对接机构综合试验台运动模拟器是对接机构综合试验台最重要的核心设备，它的目标功能是模拟常温与高低温环境中空间飞行器在对接过程中的相对运动，用于航天器空间对接机构的研制、测试和鉴定试验。该设备采用半物理仿真的方法，兼取数学仿真的灵活特性及物理模拟的真实性，实时模拟两个飞行器在设定对接初始条件下的对接动力学过程。


　　该项目的成功研制，为载人航天复杂的空间动态对接过程地面模拟试验提供了最重要技术保障，为对接机构的研制、验收和鉴定试验奠定了基础。此外，六自由度运动模拟器挑战性技术难题的顺利解决，使我国完全独立自主地掌握世界顶尖六自由度运动模拟器的高度集成制造技术，在这一领域走在世界前列。
　　空间对接机构恢复性能测试台：上天前的健康检测
　　对接机构从出厂到不同地点作模拟试验，要在厂房、基地之间装卸、运输，对于高精度的模拟试验而言，任何微小的变化都可能影响接机构的性能出现变化，从而导致模拟试验失败。为此哈工大机器人研究所和上海805所合作成功研制了空间对接机构恢复性能测试台。这项技术的精彩之处是把复杂测试化为简单的方法来做测试，识别对接机构的运动和力学性能，确定其性能是否有变化以及是否符合综合要求。对接机构从出厂到北京合练，再到酒泉基地发射，都需要空间对接机构恢复性能测试台反复进行测试。
　　哈工大科研团队在试验台的方案设计阶段提出模块化设计思路：研制出的测试台软件使操作简易、灵便，使各地技术员都能够迅速掌握；人机界面上采用基于操作向导的人性化设计，每一步都有明确指示，简便易懂，保障了对接机构的安全性。项目组已交付的3台恢复性能测试工装，为对接机构各个阶段的恢复性能提供了测试保障手段。
　　整机特性测试台：“牵手”机械结构的精度“标尺”
　　在攻克动态模拟试验和测试之前，哈工大机器人研究所曾在2000年与上海航天八院合作，开始了对神舟飞船的单元部件的测试工作，并于次年着手研制整机特性测试台。这个高5米多，具有六个自由度的测试台主要测试对接机构装配静态力学性能，功能目标是做对接机构的整体力学和精度测试。这是我国研制的第一台对接机构整机测试大型专用设备。整机特性测试台于2003年底交付使用，至今已经成功进行了上千次测试工作。
　　对接机构总装、总调关键测量装置：对接机构量产的“催化剂”
　　如果对接机构的安装调试还是以人工操作为主，装配和调试效率较低，通常调试一台对接机构需要几个月时间。这将影响到项目的进度要求，于是哈工大机器人研究所和上海航天八院开始合作研制对接机构总装、总调关键测量装置。
　　该调试台就像“监视器”一样，在清晰观察画面中的人和物体的同时，可以及时发现装配、调试过程是否出现问题。该项目实现了装调过程中对对接机构姿态的随动跟踪和实时测量，突破对接环姿态一致性和锁系同步性的要求，大幅度提升对接机构总装总调效率、装调和质量稳定性。这一关键项目的成功实现了对接机构在装调过程信息的自动采集、测量分析、结果描述，同时做出及时快速调整。这样不仅实现了安装、调试的自动化操作，减少了人为因素和经验依赖性，还保证了对接机构性能保障的一致性，可以使对接机构真正量产。据悉，该项目已基本完成，并将于2011年年底进行验收。

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