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“神九”發射已即，“天宮”再迎訪客。昨天，哈爾濱工業大學科學與工業技術研究院副院長付強教授詳細解讀了“神九”會“天宮”中的“哈工大技術”。 從“神一”到“神九”，哈工大先后有50余項科研項目參與其中，500余名教師和技術人員參與研發與研制，攻克了多項技術難題。據付強教授介紹，在“神九”與“天宮一號”對接中，有十項哈工大尖端技術鼎力支持。 載人飛船訓練模擬器視景顯示系統：把無限遠的太空環境“搬”到地面 載人飛船進入太空飛行前，駕駛飛船的航天員需要熟練掌握飛船技能，從安全和經濟方面考慮，通常在地面環境下采用模擬手段訓練航天員。因此航天飛行訓練模擬器就是訓練航天員駕駛飛船的重要地面設備之一，而訓練模擬視景顯示技術則是飛船訓練模擬器中的關鍵技術之一。由哈工大承擔的某載人運輸飛船訓練模擬器視景顯示系統的模擬飛行效果達到了國內領先、國際先進水平。 過去我國航天飛行訓練模擬器為美國進口設備，在使用過程中，航天員反映，其視景顯示系統模擬亮度低，圖像存在一定的畸變，與真實情況差異較大，無法模擬出逼真效果。2009年，哈工大光學目標仿真與測試技術研究所承擔了“某載人運輸飛船訓練模擬器視景顯示系統”項目。研究團隊經過半年多時間的刻苦攻關，通過采用反射式無限遠視景生成機理及像差修復技術，成功研制出訓練模擬器視景顯示系統，該系統具有圖像清晰、縱深感強、成像距離遠等優點。 根據仿真計算機視景軟件生成的地球紋理圖像，通過哈工大研制的視景顯示系統成像裝置，反射生成無限遠的地球紋理圖像，可供航天員觀察到無限遠距離的均勻、清晰、高亮度的地球紋理圖像，用于航天員模擬飛行訓練。 空間生命科學與航天醫學研究：為航天員健康提供防護 深空飛行和載人行星星際探測過程中面臨的復雜空間環境存在多種極端因素，尤其是失重和粒子輻射對空間生命體可導致嚴重的機能紊亂或不可逆損傷，成為限制深空探索的主要原因。針對航天員的健康防護，哈工大在空間生命科學與航天醫學研究方面進行了深入研究。 目前研究空間環境對空間飛行航天員健康影響的結果表明，空間飛行過程中心肌細胞功能紊亂的風險性極高。哈工大生命科學與工程系課題組通過建立相關模型，對模擬輻射及復合模擬微重力效應開展相關研究。根據研究結果，課題組建立了空間環境快速響應生物劑量分子檢測技術，為開展深空飛行中航天員的健康和醫學保障提供了有效的生存安全數據，并進一步探討和評價了抗氧化劑等藥物對模擬輻照和模擬失重環境下的心肌細胞的防護作用，為航天員健康防護提供針對性的防護藥物奠定了基礎。 空間對接機構熱真空試驗臺：營造太空“牽手”環境 天上“牽手”并不容易。因為太空環境非常惡劣，飛行器以每秒約7.9千米的高速飛行，高真空、微重力，會出現許多在地面上難以想象的問題，如在地面環境中輕易不會粘合在一起的金屬塊，在高真空的太空中會像粘合劑粘在一起甚至焊在一起那樣無法分開，這就是“冷焊現象”。平時機器的軸承正常運轉就要加注一些潤滑劑，但是在高真空環境中液體很容易蒸發，加上在太空環境中物體在陽光照射下的陽面和陰面會有巨大的溫差，一般的潤滑劑根本無法使用。為了讓“天神”能夠適應這種環境，哈工大機器人研究所和上海805所合作研制了空間對接機構熱真空試驗臺，這種試驗臺實現了全六自由度模擬、全電動控制，在專用操作室采用三維虛擬環境下的遙操作技術。 九自由度運動模擬系統：精準定位“牽手”位置 “牽手”的正式說法應該是飛船與目標飛行器的交會對接。哈工大控制與仿真中心姚郁教授介紹說：“天神”牽手要在高速飛行的條件下完成，位置稍有偏差都可能“擦肩而過”，甚至“迎面相撞”。因此，交會過程中必須實現精準定位，調整好雙方的姿態才能順利完成任務。這就需要在實施對接之前，導航、制導與控制系統應使飛行器的相對位置、相對姿態及相對速度都達到符合要求的技術狀態。 哈工大負責研制的九自由度運動模擬系統就是用于模擬交會過程中神舟八號和天宮一號空間運動的地面仿真設備。這套設備主要包括目標三軸臺、追蹤三軸臺、三維平動系統3部分。其中目標三軸臺用于模擬目標飛行器即本次交會對接中的天宮一號的姿態變化，追蹤三軸臺用于模擬追蹤飛行器即本次交會對接中的神舟八號姿態的變化，三維平動系統則用于模擬兩個飛行器之間相對位置變化。3個部分都要實現三個維度的控制，即所謂九自由度運動模擬系統，3個部分聯動實現“牽手”位置的精準定位。 CCD光學成像敏感器：精確導航交會對接 交會對接的最后逼近段對天宮一號與后續發射的神舟八號、神舟九號和神舟十號等完成空間交會對接任務起著至關重要的作用。由哈工大圖像信息技術及工程研究所與中國航天科技集團五院502所合作研制的交會CCD光學成像敏感器在交會對接的最后逼近段擔任著重要角色。哈工大還因該項目成為參與載人航天二期工程交會對接項目研制的唯一高校。 據哈工大圖像信息技術及工程研究所李金宗教授介紹，交會對接CCD標識與定位系統可以在目標飛行器（天宮一號）和跟蹤飛船（神舟八號等）兩個空間飛行器對接口之間近距離至零米范圍內自動、實時地完成反雜光干擾和標志識別、三維相對位置及其相對平移速度、三維相對姿態及其姿態角速率的測量，為兩個空間飛行器實現在軌交會對接準確導航。 對接機構綜合試驗臺運動模擬器：模擬真實“牽手” 參與項目攻關的有關負責人介紹說，對接機構綜合試驗臺運動模擬器是對接機構綜合試驗臺最重要的核心設備，它的目標功能是模擬常溫與高低溫環境中空間飛行器在對接過程中的相對運動，用于航天器空間對接機構的研制、測試和鑒定試驗。該設備采用半物理仿真的方法，兼取數學仿真的靈活特性及物理模擬的真實性，實時模擬兩個飛行器在設定對接初始條件下的對接動力學過程。 空間對接機構恢復性能測試臺：上天前的“健康檢測” 對接機構從出廠到不同地點作模擬試驗，要在廠房、基地之間裝卸、運輸，對于高精度的模擬試驗而言，任何微小的變化都可能影響對接機構性能出現變化，從而導致模擬試驗失敗。為此，哈工大機器人研究所和上海805所成功合作研制了空間對接機構恢復性能測試臺。 整機特性測試臺：對接機構精度測試 在攻克動態模擬試驗和測試之前，哈工大機器人研究所曾在2000年與上海航天八院合作，開始了對神舟飛船的單元部件的測試工作，并于次年著手研制整機特性測試臺。高5米多、具有六個自由度的測試臺主要測試對接機構裝配靜態力學性能，功能目標是做對接機構的整體力學和精度測試。這是我國研制的第一臺對接機構整機測試大型專用設備。 對接機構總裝、總調關鍵測量裝置：對接機構穩準調試 如果對接機構的安裝調試還是以人工操作為主，裝配和調試效率較低，通常調試一臺對接機構需要幾個月時間，這將影響到項目的進度要求。哈工大機器人研究所和上海航天八院合作研制對接機構總裝、總調關鍵測量裝置。該調試臺就像“監視器”一樣，在清晰觀察畫面中的人和物體的同時，可及時發現裝配、調試過程是否出現問題。該項目實現了裝調過程中對對接機構姿態的隨時跟蹤和實時測量，大幅度提升對接機構總裝總調效率、裝調和質量穩定性。 鎖緊力松弛規律與壽命試驗：飛行器壽命“生命鎖” 由哈工大空間環境材料行為及評價技術國家級重點實驗室何世禹教授牽頭承擔的對接鎖系及鋼絲繩鎖緊力松弛規律與壽命試驗系統，研究了不同恒定溫度及交變溫度場環境作用下對接鎖系及鋼絲繩鎖緊力松弛規律，獲得了應力松弛導致氣密性下降而失效的壽命預測模型，為長壽命飛行器試驗評價提供了有效的技術途徑。該成果應用于天宮一號的制造工藝改進。 |
