解讀神九與天宮中的“哈工大技術(shù)”

　　“神九”發(fā)射已即，“天宮”再迎訪客。昨天，哈爾濱工業(yè)大學(xué)科學(xué)與工業(yè)技術(shù)研究院副院長(zhǎng)付強(qiáng)教授詳細(xì)解讀了“神九”會(huì)“天宮”中的“哈工大技術(shù)”。

　　從“神一”到“神九”，哈工大先后有50余項(xiàng)科研項(xiàng)目參與其中，500余名教師和技術(shù)人員參與研發(fā)與研制，攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題。據(jù)付強(qiáng)教授介紹，在“神九”與“天宮一號(hào)”對(duì)接中，有十項(xiàng)哈工大尖端技術(shù)鼎力支持。

　　載人飛船訓(xùn)練模擬器視景顯示系統(tǒng)：把無(wú)限遠(yuǎn)的太空環(huán)境“搬”到地面

　　載人飛船進(jìn)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(jīng)濟(jì)方面考慮，通常在地面環(huán)境下采用模擬手段訓(xùn)練航天員。因此航天飛行訓(xùn)練模擬器就是訓(xùn)練航天員駕駛飛船的重要地面設(shè)備之一，而訓(xùn)練模擬視景顯示技術(shù)則是飛船訓(xùn)練模擬器中的關(guān)鍵技術(shù)之一。由哈工大承擔(dān)的某載人運(yùn)輸飛船訓(xùn)練模擬器視景顯示系統(tǒng)的模擬飛行效果達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。

　　過(guò)去我國(guó)航天飛行訓(xùn)練模擬器為美國(guó)進(jìn)口設(shè)備，在使用過(guò)程中，航天員反映，其視景顯示系統(tǒng)模擬亮度低，圖像存在一定的畸變，與真實(shí)情況差異較大，無(wú)法模擬出逼真效果。2009年，哈工大光學(xué)目標(biāo)仿真與測(cè)試技術(shù)研究所承擔(dān)了“某載人運(yùn)輸飛船訓(xùn)練模擬器視景顯示系統(tǒng)”項(xiàng)目。研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)半年多時(shí)間的刻苦攻關(guān)，通過(guò)采用反射式無(wú)限遠(yuǎn)視景生成機(jī)理及像差修復(fù)技術(shù)，成功研制出訓(xùn)練模擬器視景顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有圖像清晰、縱深感強(qiáng)、成像距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

　　根據(jù)仿真計(jì)算機(jī)視景軟件生成的地球紋理圖像，通過(guò)哈工大研制的視景顯示系統(tǒng)成像裝置，反射生成無(wú)限遠(yuǎn)的地球紋理圖像，可供航天員觀察到無(wú)限遠(yuǎn)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(xùn)練。

　　空間生命科學(xué)與航天醫(yī)學(xué)研究：為航天員健康提供防護(hù)

　　深空飛行和載人行星星際探測(cè)過(guò)程中面臨的復(fù)雜空間環(huán)境存在多種極端因素，尤其是失重和粒子輻射對(duì)空間生命體可導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)能紊亂或不可逆損傷，成為限制深空探索的主要原因。針對(duì)航天員的健康防護(hù)，哈工大在空間生命科學(xué)與航天醫(yī)學(xué)研究方面進(jìn)行了深入研究。

　　目前研究空間環(huán)境對(duì)空間飛行航天員健康影響的結(jié)果表明，空間飛行過(guò)程中心肌細(xì)胞功能紊亂的風(fēng)險(xiǎn)性極高。哈工大生命科學(xué)與工程系課題組通過(guò)建立相關(guān)模型，對(duì)模擬輻射及復(fù)合模擬微重力效應(yīng)開(kāi)展相關(guān)研究。根據(jù)研究結(jié)果，課題組建立了空間環(huán)境快速響應(yīng)生物劑量分子檢測(cè)技術(shù)，為開(kāi)展深空飛行中航天員的健康和醫(yī)學(xué)保障提供了有效的生存安全數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步探討和評(píng)價(jià)了抗氧化劑等藥物對(duì)模擬輻照和模擬失重環(huán)境下的心肌細(xì)胞的防護(hù)作用，為航天員健康防護(hù)提供針對(duì)性的防護(hù)藥物奠定了基礎(chǔ)。

　　空間對(duì)接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺(tái)：營(yíng)造太空“牽手”環(huán)境

　　天上“牽手”并不容易。因?yàn)樘窄h(huán)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(huì)出現(xiàn)許多在地面上難以想象的問(wèn)題，如在地面環(huán)境中輕易不會(huì)粘合在一起的金屬塊，在高真空的太空中會(huì)像粘合劑粘在一起甚至焊在一起那樣無(wú)法分開(kāi)，這就是“冷焊現(xiàn)象”。平時(shí)機(jī)器的軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)就要加注一些潤(rùn)滑劑，但是在高真空環(huán)境中液體很容易蒸發(fā)，加上在太空環(huán)境中物體在陽(yáng)光照射下的陽(yáng)面和陰面會(huì)有巨大的溫差，一般的潤(rùn)滑劑根本無(wú)法使用。為了讓“天神”能夠適應(yīng)這種環(huán)境，哈工大機(jī)器人研究所和上海805所合作研制了空間對(duì)接機(jī)構(gòu)熱真空試驗(yàn)臺(tái)，這種試驗(yàn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)了全六自由度模擬、全電動(dòng)控制，在專用操作室采用三維虛擬環(huán)境下的遙操作技術(shù)。

　　九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)：精準(zhǔn)定位“牽手”位置

　　“牽手”的正式說(shuō)法應(yīng)該是飛船與目標(biāo)飛行器的交會(huì)對(duì)接。哈工大控制與仿真中心姚郁教授介紹說(shuō)：“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(guò)”，甚至“迎面相撞”。因此，交會(huì)過(guò)程中必須實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，調(diào)整好雙方的姿態(tài)才能順利完成任務(wù)。這就需要在實(shí)施對(duì)接之前，導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)應(yīng)使飛行器的相對(duì)位置、相對(duì)姿態(tài)及相對(duì)速度都達(dá)到符合要求的技術(shù)狀態(tài)。

　　哈工大負(fù)責(zé)研制的九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)就是用于模擬交會(huì)過(guò)程中神舟八號(hào)和天宮一號(hào)空間運(yùn)動(dòng)的地面仿真設(shè)備。這套設(shè)備主要包括目標(biāo)三軸臺(tái)、追蹤三軸臺(tái)、三維平動(dòng)系統(tǒng)3部分。其中目標(biāo)三軸臺(tái)用于模擬目標(biāo)飛行器即本次交會(huì)對(duì)接中的天宮一號(hào)的姿態(tài)變化，追蹤三軸臺(tái)用于模擬追蹤飛行器即本次交會(huì)對(duì)接中的神舟八號(hào)姿態(tài)的變化，三維平動(dòng)系統(tǒng)則用于模擬兩個(gè)飛行器之間相對(duì)位置變化。3個(gè)部分都要實(shí)現(xiàn)三個(gè)維度的控制，即所謂九自由度運(yùn)動(dòng)模擬系統(tǒng)，3個(gè)部分聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)“牽手”位置的精準(zhǔn)定位。