作者:丁佳 郭兆炜 保石 来源: 中国科学报 发布时间:2019-7-22
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总设计师朱枞鹏谈天宫二号完美“谢幕”
以“壮烈”方式画上圆满句号

 

■本报记者 丁佳 通讯员郭兆炜 保石

7月19日晚,由中国航天科技集团有限公司第五研究院抓总研制的天宫二号空间实验室,以受控的方式,圆满完成离轨和再入大气层,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

“天宫二号空间实验室不仅完美执行了各项既定和拓展任务,更用主动受控离轨这一‘壮烈’方式,为任务画上了圆满句号,这是我国坚定履行负责任大国国际责任的有力担当,也是中国人和平科学利用太空资源的生动实践。”航天科技集团五院天宫二号总设计师朱枞鹏,谈起刚进入地球母亲怀抱的天宫二号,不舍的话语中难掩内心的激动与自豪。

“身强力壮”为何“退休”?

天宫二号承载了推动中国步入“空间站时代”的历史使命,天宫二号飞行任务期间,天宫二号与神舟十一号、天舟一号进行了多次交会对接,并开展了一系列空间实验,充分验证了航天员中期驻留太空的能力、推进剂在轨补加技术,为建造空间站奠定基础,也为中国载人航天事业发展立下了汗马功劳。

“天宫二号空间实验室设计在轨寿命两年,目前在轨飞行已超过1000天,尽管已超期服役近1年,可平台及载荷功能正常、状态良好,所携带的推进剂仍很充足,可以继续支持其在轨飞行数年,无论从团队感情还是航天器在轨发挥的重要作用来说,我们都不愿与天宫二号割舍,可从在轨可靠性、安全性角度考量,必须进行主动离轨。”朱枞鹏说,让“身强力壮”的天宫二号退休,尤为彰显中国的大国担当与负责任的国际形象。

让英雄谢幕难舍,更为不舍的是,英雄“老当益壮”。五院研制团队模拟空间站运行状态,对天宫二号压气机等关键设备进行了高频次在轨操作,并开展了主动降轨控制等一系列拓展实验,可以说,状态良好的天宫二号对于支持空间站建设意义重大;此外,天宫二号搭载了14项约600多公斤重的应用载荷,有空间冷原子钟、宽波段成像仪、三维成像微波高度计设备,涉及空间基础物理学、地球科学观测、空间科学实验等多个方面,天宫二号对于支持各类设备开展空间应用实验仍发挥着关键作用,经济效益、社会效益巨大。

“让天宫二号主动退休,是为了‘万无一失’。”朱枞鹏告诉《中国科学报》,随着超期服役时间的不断增加,天宫二号的在轨可靠性会下降,一旦出现在轨异常,处于近地轨道、失控状态的天宫二号会因稀薄大气的阻力,逐渐下落,坠入大气层后,一些高熔点材料有可能不会完全烧蚀,少量残骸会落到地面,危及地面人员安全。天宫二号在状态尚佳的时候选择主动离轨,就是为了彻底消除这一隐患。

巧解离轨难题

“此次受控离轨,就是要让天宫二号在指定的时刻落在指定的区域,确保地面安全。”朱枞鹏介绍。

但要做到这一点,不是发出一个离轨指令就高枕无忧这么简单。为了确保落得准,五院天宫二号飞控团队综合考虑各方面因素,开展了多轮模拟仿真,制定了详实的飞控实施方案;在飞控过程中,团队要时时监控并快速调整航天器的离轨速度、角度,确保航天器以最佳的“入水”姿势进入大气层。

这一过程必须非常严谨,因为航天器在陨落过程中会发生解体,形成数量众多、姿态不可控制的碎片,以“天女散花”的方式从天而降,落区影响的区域可达上千公里,为此天宫二号飞控团队制定了多种应急处置预案,随时准备“救场”。

值得一提的是,此次航天器受控离轨是我国航天史上的第二次,第一次为天舟一号受控离轨。与天舟一号采取的“一步”飞控实施的策略不同,天宫二号采取了“两步走”的飞控实施策略:第一步,先将天宫二号轨道降低到近地点200公里的椭圆轨道;第二步,再将天宫二号轨道降至近地点70公里的椭圆轨道,进入大气层。

朱枞鹏告诉记者,天宫二号飞控队伍没有沿用以往的成熟技术而另辟蹊径,就是为了更充分、全面地搜集航天器主动离轨的各类数据,更好地掌握轨道特性。

迈出主动离轨坚实一步

天宫二号受控离轨的成功完成意义重大。据了解,在地球周围,大于10厘米的空间碎片已超过2万个,一般而言,10厘米以上的空间碎片,无论其撞击到哪个航天器都是灭顶之灾。太空中遍布着太空垃圾,经常让驰骋的航天器不得不变道、避障,以确保自身的安全,主动销毁已经成为国际上一个共同的追求和发展的难点。

更令人头疼的是,太空垃圾的治理非常困难,在离地球400多公里的近地轨道,太空垃圾需要10年之久才能自然衰落至大气层内烧毁。更别说在中轨道和高轨道飘浮着数以千计的航天器,可能永远都是路障,如果不去主动销毁,将会使轨道上遍布荆棘。

此次天宫二号受控离轨的成功完成,为在航天器领域广泛推广主动离轨技术提供了有力支撑。专家告诉记者,因为要不断调整姿态和速度,航天器在离轨过程所耗费的燃料不是个小数目,如果受控离轨方案能不断优化,尽可能少地消耗燃料,对于中、高轨的航天器应用价值很大,对于探索经济、和谐、绿色、环保的空间事业发展之路意义重大。此次天宫二号的受控离轨在这条道路上迈出了坚实一步,天宫二号飞控团队还将充分研究、挖掘此次离轨数据,向着更高、更优、更安全的目标大步前行。

《中国科学报》 (2019-07-22 第1版 要闻)
 
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