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神舟九號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器在太空“相吻”的瞬間，是首次載人交會(huì)對(duì)接任務(wù)中最受人們關(guān)注的一刻，中國(guó)載人航天發(fā)展史必定會(huì)銘刻這一輝煌瞬間。為了讓那一瞬完美無(wú)缺，航天科技工作者花費(fèi)了16年的時(shí)間。16年篳路藍(lán)縷，航天人從零開(kāi)始，以堅(jiān)忍不拔的精神攻堅(jiān)克難，以無(wú)私奉獻(xiàn)的精神甘于寂寞、執(zhí)著向前。
技術(shù)難——只有3個(gè)國(guó)家掌握的技術(shù)
前蘇聯(lián)與美國(guó)是最早掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。由于這項(xiàng)技術(shù)難度非常大，這兩個(gè)國(guó)家在實(shí)施交會(huì)對(duì)接過(guò)程中都曾出現(xiàn)過(guò)故障。
上世紀(jì)60年代末，美國(guó)在太空最早實(shí)現(xiàn)了交會(huì)對(duì)接。但當(dāng)時(shí)的對(duì)接只在兩個(gè)飛行器之間進(jìn)行，并沒(méi)有形成安全通道。聯(lián)盟號(hào)飛船在與禮炮一號(hào)空間站完成空間對(duì)接后，由于對(duì)接機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，還出現(xiàn)過(guò)航天員沒(méi)能進(jìn)入空間站的情況。
直到前蘇聯(lián)在太空建立和平號(hào)空間站時(shí)，交會(huì)對(duì)接技術(shù)才日臻成熟。至今，俄羅斯已在太空完成了數(shù)百次的交會(huì)對(duì)接。美國(guó)雖已掌握該項(xiàng)技術(shù)，但航天飛機(jī)的對(duì)接機(jī)構(gòu)都是向俄羅斯采購(gòu)的，而歐空局的對(duì)接機(jī)構(gòu)也都是由俄羅斯生產(chǎn)的。
2011年11月3日，隨著神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器在太空中成功實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，我國(guó)成為繼俄、美之后第三個(gè)完全獨(dú)立掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家，并闊步邁向空間站時(shí)代。這一成就的取得非常不易，航天科技工作者為此付出了大量的心血。
加工難——不為人知的攻關(guān)歲月
“解決了動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題只是解決了設(shè)計(jì)方案可不可行的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，我們對(duì)項(xiàng)目后續(xù)進(jìn)展還是很樂(lè)觀的，卻不知真正的考驗(yàn)才剛剛開(kāi)始。”回憶起當(dāng)時(shí)的情景，張崇峰介紹說(shuō)，“要把幾百個(gè)齒輪裝配好，協(xié)調(diào)匹配的工作難度非常大，大量的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作又開(kāi)始了�！�
交會(huì)對(duì)接時(shí)，要在一兩秒鐘之內(nèi)，完成幾百個(gè)齒輪與軸承一連串的捕獲動(dòng)作，還要在十幾秒內(nèi)完成緩沖等動(dòng)作，對(duì)接機(jī)構(gòu)必須非常靈活。為了一氣呵成完成交會(huì)對(duì)接動(dòng)作，研制人員下了極大的工夫，并攻克了10個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其中包括接觸、捕獲、緩沖、拉緊、密封連接及分離等機(jī)構(gòu)。研制人員從小部件、小單機(jī)開(kāi)始做起，再串成整體系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
當(dāng)時(shí)，805所一批從事傳動(dòng)設(shè)計(jì)的老設(shè)計(jì)人員起到了關(guān)鍵作用。一位叫楊耀明的老設(shè)計(jì)師曾做過(guò)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)半年所畫(huà)的圖紙是其過(guò)去20年的總和，可見(jiàn)這些傳動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域老專(zhuān)家們的工作量之大、付出的心血之多。
剛開(kāi)始時(shí)，研制人員希望把對(duì)接機(jī)構(gòu)做得非常精確，但在試驗(yàn)過(guò)程中卻發(fā)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)的靈活性以及能夠順利完成對(duì)接才是最重要的，零部件的精度要求反而是第二位的。從理論設(shè)計(jì)到試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)方案，這樣的循環(huán)過(guò)程經(jīng)歷了不知多少次，在實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)規(guī)范也在不斷調(diào)整。
由于參與對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的廠家眾多，研制人員需要把航天嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求傳遞給合作單位。一家航空企業(yè)生產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品，其質(zhì)量滿足國(guó)軍標(biāo)要求。但在測(cè)試過(guò)程中，細(xì)心的測(cè)試人員卻發(fā)現(xiàn)，一個(gè)信號(hào)有跳動(dòng)的現(xiàn)象。為此，航天技術(shù)人員與這家航空企業(yè)共同查找原因，并修改了操作工藝，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，終于滿足了設(shè)計(jì)要求。那家航空企業(yè)表示，與航天企業(yè)合作，也促進(jìn)了其自身技術(shù)水平的提高。
論證難——從一張白紙開(kāi)始
交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)由捕獲緩沖、連接分離、控制和控溫四個(gè)子系統(tǒng)組成，包括118個(gè)傳感器、5個(gè)控制器、上千個(gè)齒輪軸承、18個(gè)電機(jī)和電磁拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件和緊固件，在其內(nèi)部，更是有數(shù)百條導(dǎo)線縱橫密布。要使這么多零部件協(xié)調(diào)一致，這么多導(dǎo)線不出現(xiàn)任何差錯(cuò)，真是難上加難。
回憶起研制交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)最初的攻關(guān)歷程，載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張崇峰有很多感慨。他介紹，我國(guó)載人航天工程獲得國(guó)家立項(xiàng)后，上級(jí)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)希望中國(guó)航天科技集團(tuán)公司及早開(kāi)展交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)的立項(xiàng)與研究工作。
當(dāng)時(shí)，張崇峰還是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的一名教師，在俄羅斯進(jìn)修時(shí)，他曾專(zhuān)門(mén)進(jìn)行過(guò)交會(huì)對(duì)接項(xiàng)目的研究。不久，八院與哈工大聯(lián)手合作，共同開(kāi)展研制工作。受這項(xiàng)工程的吸引，張崇峰調(diào)入805所，組建了一支7人研制團(tuán)隊(duì)，正式開(kāi)始了交會(huì)對(duì)接方案的論證工作。最初的研制資金都是由研究所自籌的，如果方案不能通過(guò)，前期的努力與付出將付之東流。
“方案論證是從一張白紙開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)，交會(huì)對(duì)接的核心技術(shù)在國(guó)外是被封鎖的。我們僅僅靠很少的信息，以及到俄羅斯參觀獲得的感性了解，還有克服困難的信心與決心，開(kāi)始了方案論證工作�！睆埑绶褰榻B。
在方案論證階段，張崇峰主筆完成了方案第一稿。時(shí)任八院副院長(zhǎng)施金苗多次召集大家進(jìn)行方案討論。他一頁(yè)一頁(yè)地進(jìn)行講解，耐心地向研制人員闡述怎樣考慮問(wèn)題、怎樣修改方案。結(jié)合他的修改意見(jiàn)，研制人員又花費(fèi)了幾個(gè)月的時(shí)間，重新修改了方案。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過(guò)不斷修改與完善，最終，交會(huì)對(duì)接研制方案順利通過(guò)了評(píng)審與復(fù)審。
設(shè)計(jì)難——16年的寂寞與平凡
都說(shuō)十年磨一劍。研制初期，研制人員經(jīng)過(guò)測(cè)算，計(jì)劃用10年的時(shí)間完成交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)的研制工作，但受方案多次更改等原因的影響，最終完成這一任務(wù)用了16年。在這16年里，神舟飛船發(fā)射了7次。當(dāng)載人航天工程其他分系統(tǒng)的研制人員已多次為成功而慶賀，不少人喜獲嘉獎(jiǎng)并獲得職位提升時(shí)，交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)的研制團(tuán)隊(duì)卻仍然默默無(wú)聞地攀登著一座座技術(shù)高峰。
交會(huì)對(duì)接研制過(guò)程中，首先遇到的難題是動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。別看神舟飛船與天宮一號(hào)實(shí)施交會(huì)對(duì)接時(shí)只是瞬間的一碰，但其技術(shù)難度之大卻超乎想象。如果用力過(guò)大就會(huì)“追尾”，用力過(guò)小就會(huì)對(duì)接不上。為此，研制團(tuán)隊(duì)首先要建立動(dòng)力學(xué)模型，完成整套動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)；之后，再根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，生產(chǎn)出由齒輪、彈簧等零部件組成的龐大的傳動(dòng)系統(tǒng)；同時(shí)，還要做各種試驗(yàn)，驗(yàn)證這套系統(tǒng)在高低溫、輻射等模擬太空條件下，能否正常而可靠地工作。雖然困難重重，但大家都懷著樂(lè)觀的心態(tài)攻堅(jiān)克難。
動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)一開(kāi)始就遇到不少困難，比如，零部件該選用什么樣的材料、什么樣的強(qiáng)度才能滿足要求等等。研制初期，很多零部件在國(guó)內(nèi)連標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有，也沒(méi)有相關(guān)資料可供借鑒，完全靠研制團(tuán)隊(duì)自己去摸索并制定標(biāo)準(zhǔn)，再通過(guò)計(jì)算和大量的地面試驗(yàn)，從不同方案中對(duì)比驗(yàn)證。那些年，研制人員真是吃了不少的苦。
設(shè)計(jì)方案完成后，首先需要進(jìn)行仿真驗(yàn)證，而新的困難又來(lái)了。上世紀(jì)90年代，我國(guó)的仿真技術(shù)剛剛起步，研制人員曾花費(fèi)大量精力進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，并建立了虛擬樣機(jī)，反復(fù)修改模型與參數(shù)，模擬交會(huì)對(duì)接的全過(guò)程。
為確保數(shù)據(jù)的可靠性，研制團(tuán)隊(duì)還與哈工大、上海交大等高校及一些科研單位分別進(jìn)行計(jì)算仿真模擬，并相互進(jìn)行對(duì)比�？上驳氖牵嗉覇挝坏贸龅姆抡娼Y(jié)果高度一致，這使大家對(duì)后續(xù)工作的開(kāi)展充滿了信心。
對(duì)接機(jī)構(gòu)之所以在太空表現(xiàn)出色，最初的高質(zhì)量設(shè)計(jì)為后續(xù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研制初期，已是80歲高齡的陸元九院士親自為動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)把脈，還多次從北京趕赴上海，與技術(shù)人員共同討論設(shè)計(jì)方案。像他這樣關(guān)心并協(xié)助對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的老專(zhuān)家還有很多。
試驗(yàn)難——用泰山石打造的試驗(yàn)平臺(tái)
有這么一組數(shù)據(jù)，為了驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的可靠性，研制人員在地面上開(kāi)展了1101次對(duì)接試驗(yàn)和647次分離試驗(yàn)。天宮一號(hào)與神舟飛船能夠順利完成交會(huì)對(duì)接，為對(duì)接機(jī)構(gòu)配套服務(wù)的大型地面試驗(yàn)同樣功不可沒(méi)。
在805所大型試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)，有多種試驗(yàn)手段來(lái)驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而設(shè)計(jì)各項(xiàng)試驗(yàn)的難度絕不亞于設(shè)計(jì)對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的難度。由于難以同時(shí)模擬失重、六自由度、高低溫變化、真空等空間環(huán)境，研制人員把試驗(yàn)分成幾部分進(jìn)行，包括模擬失重狀態(tài)再加上高低溫變化的對(duì)接與分離試驗(yàn)以及熱真空試驗(yàn)等，之后再把各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比分析，驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的整體性能。
空間模擬飛行器失重試驗(yàn)是其中的大型試驗(yàn)之一。走進(jìn)大型試驗(yàn)場(chǎng)，可以用震撼來(lái)形容。對(duì)接緩沖試驗(yàn)臺(tái)有兩個(gè)長(zhǎng)方形大型試驗(yàn)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)重達(dá)8噸，都是用泰山的巨石做成的。
為了研制生產(chǎn)出緩沖試驗(yàn)平臺(tái)，研制人員四處奔波。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，發(fā)現(xiàn)泰山石對(duì)外界的溫度、濕度變化不敏感，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾比較小，最終選定用泰山石作為試驗(yàn)平臺(tái)。
采石過(guò)程非常不容易，最初從泰山上采集的原石重達(dá)200噸，用拖拉機(jī)從泰山拖下來(lái)，再運(yùn)到青島的一家加工廠加工。由于平臺(tái)的加工精度要求非常高，當(dāng)時(shí)的機(jī)械加工手段難以滿足精度要求。最終，試驗(yàn)平臺(tái)是靠工人師傅們用手工打磨的方式一點(diǎn)點(diǎn)磨出來(lái)了。
第一次在試驗(yàn)臺(tái)上做氣浮試驗(yàn)時(shí)，大家心里都沒(méi)有底，研制人員特意準(zhǔn)備了3套參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)接機(jī)構(gòu)成功懸浮在試驗(yàn)臺(tái)上，模仿空間失重狀態(tài)，由于前期準(zhǔn)備充足，試驗(yàn)進(jìn)行得非常順利，成功實(shí)施了交會(huì)對(duì)接。據(jù)介紹，俄羅斯早期試驗(yàn)臺(tái)是懸掛式，與805所的氣浮式相比，試驗(yàn)效果遠(yuǎn)沒(méi)有該所的好。
模擬高低溫下六自由度的對(duì)接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺(tái)也非常復(fù)雜，研制人員曾想從俄羅斯直接購(gòu)買(mǎi)。當(dāng)年，俄方認(rèn)為，建成試驗(yàn)臺(tái)需要用3年的時(shí)間，而完全建成再調(diào)試好則要花10年的時(shí)間。這么長(zhǎng)的研制周期顯然不能滿足交會(huì)對(duì)接任務(wù)進(jìn)度的要求。
最終，八院下定決心，自己研制綜合試驗(yàn)臺(tái)。面對(duì)各種挑戰(zhàn)，技術(shù)人員冒著風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)始了艱難的自行研制過(guò)程。當(dāng)時(shí)，805所牽頭，并聯(lián)合了哈工大、浙江大學(xué)、上海交大以及華東所等一批單位一起進(jìn)行攻關(guān)，設(shè)計(jì)方案非常細(xì)致。同時(shí)，大型的部件由上海重型機(jī)床廠加工完成。
綜合試驗(yàn)臺(tái)建成后，俄羅斯專(zhuān)家曾專(zhuān)門(mén)前去參觀，他們非常羨慕我方的試驗(yàn)?zāi)芰�，在現(xiàn)場(chǎng)翹起了大拇指，稱(chēng)贊這是當(dāng)今世界上水平最高的綜合試驗(yàn)臺(tái)。
雖然天宮一號(hào)與神舟九號(hào)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接獲得了成功，但這只是剛剛走完第一步。航天的研制人員正在開(kāi)展多種攻關(guān)，使對(duì)接機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定、可靠，以滿足空間站的發(fā)展需要。
如今已有人提出，研制可與衛(wèi)星對(duì)接的機(jī)構(gòu)，完成諸如空間衛(wèi)星維修、維護(hù)、補(bǔ)加燃料、更換失效部件等任務(wù)，而這將是航天發(fā)展進(jìn)程中又一革命性的進(jìn)步。美國(guó)在NASA的一份報(bào)告中顯示，未來(lái)20年～25年，交會(huì)對(duì)接技術(shù)將是其密切關(guān)注的一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向。因此，交會(huì)對(duì)接的發(fā)展之路依然漫長(zhǎng)，發(fā)展前景依然廣闊。
技術(shù)難——只有3個(gè)國(guó)家掌握的技術(shù)
前蘇聯(lián)與美國(guó)是最早掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。由于這項(xiàng)技術(shù)難度非常大，這兩個(gè)國(guó)家在實(shí)施交會(huì)對(duì)接過(guò)程中都曾出現(xiàn)過(guò)故障。
上世紀(jì)60年代末，美國(guó)在太空最早實(shí)現(xiàn)了交會(huì)對(duì)接。但當(dāng)時(shí)的對(duì)接只在兩個(gè)飛行器之間進(jìn)行，并沒(méi)有形成安全通道。聯(lián)盟號(hào)飛船在與禮炮一號(hào)空間站完成空間對(duì)接后，由于對(duì)接機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，還出現(xiàn)過(guò)航天員沒(méi)能進(jìn)入空間站的情況。
直到前蘇聯(lián)在太空建立和平號(hào)空間站時(shí)，交會(huì)對(duì)接技術(shù)才日臻成熟。至今，俄羅斯已在太空完成了數(shù)百次的交會(huì)對(duì)接。美國(guó)雖已掌握該項(xiàng)技術(shù)，但航天飛機(jī)的對(duì)接機(jī)構(gòu)都是向俄羅斯采購(gòu)的，而歐空局的對(duì)接機(jī)構(gòu)也都是由俄羅斯生產(chǎn)的。
2011年11月3日，隨著神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器在太空中成功實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，我國(guó)成為繼俄、美之后第三個(gè)完全獨(dú)立掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家，并闊步邁向空間站時(shí)代。這一成就的取得非常不易，航天科技工作者為此付出了大量的心血。
加工難——不為人知的攻關(guān)歲月
“解決了動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題只是解決了設(shè)計(jì)方案可不可行的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)，我們對(duì)項(xiàng)目后續(xù)進(jìn)展還是很樂(lè)觀的，卻不知真正的考驗(yàn)才剛剛開(kāi)始。”回憶起當(dāng)時(shí)的情景，張崇峰介紹說(shuō)，“要把幾百個(gè)齒輪裝配好，協(xié)調(diào)匹配的工作難度非常大，大量的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作又開(kāi)始了�！�
交會(huì)對(duì)接時(shí)，要在一兩秒鐘之內(nèi)，完成幾百個(gè)齒輪與軸承一連串的捕獲動(dòng)作，還要在十幾秒內(nèi)完成緩沖等動(dòng)作，對(duì)接機(jī)構(gòu)必須非常靈活。為了一氣呵成完成交會(huì)對(duì)接動(dòng)作，研制人員下了極大的工夫，并攻克了10個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，其中包括接觸、捕獲、緩沖、拉緊、密封連接及分離等機(jī)構(gòu)。研制人員從小部件、小單機(jī)開(kāi)始做起，再串成整體系統(tǒng)，進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。
當(dāng)時(shí)，805所一批從事傳動(dòng)設(shè)計(jì)的老設(shè)計(jì)人員起到了關(guān)鍵作用。一位叫楊耀明的老設(shè)計(jì)師曾做過(guò)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)半年所畫(huà)的圖紙是其過(guò)去20年的總和，可見(jiàn)這些傳動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域老專(zhuān)家們的工作量之大、付出的心血之多。
剛開(kāi)始時(shí)，研制人員希望把對(duì)接機(jī)構(gòu)做得非常精確，但在試驗(yàn)過(guò)程中卻發(fā)現(xiàn)，機(jī)構(gòu)的靈活性以及能夠順利完成對(duì)接才是最重要的，零部件的精度要求反而是第二位的。從理論設(shè)計(jì)到試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)方案，這樣的循環(huán)過(guò)程經(jīng)歷了不知多少次，在實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)規(guī)范也在不斷調(diào)整。
由于參與對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的廠家眾多，研制人員需要把航天嚴(yán)格的質(zhì)量控制要求傳遞給合作單位。一家航空企業(yè)生產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品，其質(zhì)量滿足國(guó)軍標(biāo)要求。但在測(cè)試過(guò)程中，細(xì)心的測(cè)試人員卻發(fā)現(xiàn)，一個(gè)信號(hào)有跳動(dòng)的現(xiàn)象。為此，航天技術(shù)人員與這家航空企業(yè)共同查找原因，并修改了操作工藝，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，終于滿足了設(shè)計(jì)要求。那家航空企業(yè)表示，與航天企業(yè)合作，也促進(jìn)了其自身技術(shù)水平的提高。
論證難——從一張白紙開(kāi)始
交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)由捕獲緩沖、連接分離、控制和控溫四個(gè)子系統(tǒng)組成，包括118個(gè)傳感器、5個(gè)控制器、上千個(gè)齒輪軸承、18個(gè)電機(jī)和電磁拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件和緊固件，在其內(nèi)部，更是有數(shù)百條導(dǎo)線縱橫密布。要使這么多零部件協(xié)調(diào)一致，這么多導(dǎo)線不出現(xiàn)任何差錯(cuò)，真是難上加難。
回憶起研制交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)最初的攻關(guān)歷程，載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張崇峰有很多感慨。他介紹，我國(guó)載人航天工程獲得國(guó)家立項(xiàng)后，上級(jí)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)希望中國(guó)航天科技集團(tuán)公司及早開(kāi)展交會(huì)對(duì)接機(jī)構(gòu)的立項(xiàng)與研究工作。
當(dāng)時(shí)，張崇峰還是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的一名教師，在俄羅斯進(jìn)修時(shí)，他曾專(zhuān)門(mén)進(jìn)行過(guò)交會(huì)對(duì)接項(xiàng)目的研究。不久，八院與哈工大聯(lián)手合作，共同開(kāi)展研制工作。受這項(xiàng)工程的吸引，張崇峰調(diào)入805所，組建了一支7人研制團(tuán)隊(duì)，正式開(kāi)始了交會(huì)對(duì)接方案的論證工作。最初的研制資金都是由研究所自籌的，如果方案不能通過(guò)，前期的努力與付出將付之東流。
“方案論證是從一張白紙開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)，交會(huì)對(duì)接的核心技術(shù)在國(guó)外是被封鎖的。我們僅僅靠很少的信息，以及到俄羅斯參觀獲得的感性了解，還有克服困難的信心與決心，開(kāi)始了方案論證工作�！睆埑绶褰榻B。
在方案論證階段，張崇峰主筆完成了方案第一稿。時(shí)任八院副院長(zhǎng)施金苗多次召集大家進(jìn)行方案討論。他一頁(yè)一頁(yè)地進(jìn)行講解，耐心地向研制人員闡述怎樣考慮問(wèn)題、怎樣修改方案。結(jié)合他的修改意見(jiàn)，研制人員又花費(fèi)了幾個(gè)月的時(shí)間，重新修改了方案。功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過(guò)不斷修改與完善，最終，交會(huì)對(duì)接研制方案順利通過(guò)了評(píng)審與復(fù)審。
設(shè)計(jì)難——16年的寂寞與平凡
都說(shuō)十年磨一劍。研制初期，研制人員經(jīng)過(guò)測(cè)算，計(jì)劃用10年的時(shí)間完成交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)的研制工作，但受方案多次更改等原因的影響，最終完成這一任務(wù)用了16年。在這16年里，神舟飛船發(fā)射了7次。當(dāng)載人航天工程其他分系統(tǒng)的研制人員已多次為成功而慶賀，不少人喜獲嘉獎(jiǎng)并獲得職位提升時(shí)，交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)的研制團(tuán)隊(duì)卻仍然默默無(wú)聞地攀登著一座座技術(shù)高峰。
交會(huì)對(duì)接研制過(guò)程中，首先遇到的難題是動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。別看神舟飛船與天宮一號(hào)實(shí)施交會(huì)對(duì)接時(shí)只是瞬間的一碰，但其技術(shù)難度之大卻超乎想象。如果用力過(guò)大就會(huì)“追尾”，用力過(guò)小就會(huì)對(duì)接不上。為此，研制團(tuán)隊(duì)首先要建立動(dòng)力學(xué)模型，完成整套動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)；之后，再根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，生產(chǎn)出由齒輪、彈簧等零部件組成的龐大的傳動(dòng)系統(tǒng)；同時(shí)，還要做各種試驗(yàn)，驗(yàn)證這套系統(tǒng)在高低溫、輻射等模擬太空條件下，能否正常而可靠地工作。雖然困難重重，但大家都懷著樂(lè)觀的心態(tài)攻堅(jiān)克難。
動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)一開(kāi)始就遇到不少困難，比如，零部件該選用什么樣的材料、什么樣的強(qiáng)度才能滿足要求等等。研制初期，很多零部件在國(guó)內(nèi)連標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有，也沒(méi)有相關(guān)資料可供借鑒，完全靠研制團(tuán)隊(duì)自己去摸索并制定標(biāo)準(zhǔn)，再通過(guò)計(jì)算和大量的地面試驗(yàn)，從不同方案中對(duì)比驗(yàn)證。那些年，研制人員真是吃了不少的苦。
設(shè)計(jì)方案完成后，首先需要進(jìn)行仿真驗(yàn)證，而新的困難又來(lái)了。上世紀(jì)90年代，我國(guó)的仿真技術(shù)剛剛起步，研制人員曾花費(fèi)大量精力進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真，并建立了虛擬樣機(jī)，反復(fù)修改模型與參數(shù)，模擬交會(huì)對(duì)接的全過(guò)程。
為確保數(shù)據(jù)的可靠性，研制團(tuán)隊(duì)還與哈工大、上海交大等高校及一些科研單位分別進(jìn)行計(jì)算仿真模擬，并相互進(jìn)行對(duì)比�？上驳氖牵嗉覇挝坏贸龅姆抡娼Y(jié)果高度一致，這使大家對(duì)后續(xù)工作的開(kāi)展充滿了信心。
對(duì)接機(jī)構(gòu)之所以在太空表現(xiàn)出色，最初的高質(zhì)量設(shè)計(jì)為后續(xù)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。研制初期，已是80歲高齡的陸元九院士親自為動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)把脈，還多次從北京趕赴上海，與技術(shù)人員共同討論設(shè)計(jì)方案。像他這樣關(guān)心并協(xié)助對(duì)接機(jī)構(gòu)研制的老專(zhuān)家還有很多。
試驗(yàn)難——用泰山石打造的試驗(yàn)平臺(tái)
有這么一組數(shù)據(jù)，為了驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的可靠性，研制人員在地面上開(kāi)展了1101次對(duì)接試驗(yàn)和647次分離試驗(yàn)。天宮一號(hào)與神舟飛船能夠順利完成交會(huì)對(duì)接，為對(duì)接機(jī)構(gòu)配套服務(wù)的大型地面試驗(yàn)同樣功不可沒(méi)。
在805所大型試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)，有多種試驗(yàn)手段來(lái)驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而設(shè)計(jì)各項(xiàng)試驗(yàn)的難度絕不亞于設(shè)計(jì)對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的難度。由于難以同時(shí)模擬失重、六自由度、高低溫變化、真空等空間環(huán)境，研制人員把試驗(yàn)分成幾部分進(jìn)行，包括模擬失重狀態(tài)再加上高低溫變化的對(duì)接與分離試驗(yàn)以及熱真空試驗(yàn)等，之后再把各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比分析，驗(yàn)證對(duì)接機(jī)構(gòu)的整體性能。
空間模擬飛行器失重試驗(yàn)是其中的大型試驗(yàn)之一。走進(jìn)大型試驗(yàn)場(chǎng)，可以用震撼來(lái)形容。對(duì)接緩沖試驗(yàn)臺(tái)有兩個(gè)長(zhǎng)方形大型試驗(yàn)平臺(tái)，每個(gè)平臺(tái)重達(dá)8噸，都是用泰山的巨石做成的。
為了研制生產(chǎn)出緩沖試驗(yàn)平臺(tái)，研制人員四處奔波。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，發(fā)現(xiàn)泰山石對(duì)外界的溫度、濕度變化不敏感，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾比較小，最終選定用泰山石作為試驗(yàn)平臺(tái)。
采石過(guò)程非常不容易，最初從泰山上采集的原石重達(dá)200噸，用拖拉機(jī)從泰山拖下來(lái)，再運(yùn)到青島的一家加工廠加工。由于平臺(tái)的加工精度要求非常高，當(dāng)時(shí)的機(jī)械加工手段難以滿足精度要求。最終，試驗(yàn)平臺(tái)是靠工人師傅們用手工打磨的方式一點(diǎn)點(diǎn)磨出來(lái)了。
第一次在試驗(yàn)臺(tái)上做氣浮試驗(yàn)時(shí)，大家心里都沒(méi)有底，研制人員特意準(zhǔn)備了3套參數(shù)。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)接機(jī)構(gòu)成功懸浮在試驗(yàn)臺(tái)上，模仿空間失重狀態(tài)，由于前期準(zhǔn)備充足，試驗(yàn)進(jìn)行得非常順利，成功實(shí)施了交會(huì)對(duì)接。據(jù)介紹，俄羅斯早期試驗(yàn)臺(tái)是懸掛式，與805所的氣浮式相比，試驗(yàn)效果遠(yuǎn)沒(méi)有該所的好。
模擬高低溫下六自由度的對(duì)接機(jī)構(gòu)綜合試驗(yàn)臺(tái)也非常復(fù)雜，研制人員曾想從俄羅斯直接購(gòu)買(mǎi)。當(dāng)年，俄方認(rèn)為，建成試驗(yàn)臺(tái)需要用3年的時(shí)間，而完全建成再調(diào)試好則要花10年的時(shí)間。這么長(zhǎng)的研制周期顯然不能滿足交會(huì)對(duì)接任務(wù)進(jìn)度的要求。
最終，八院下定決心，自己研制綜合試驗(yàn)臺(tái)。面對(duì)各種挑戰(zhàn)，技術(shù)人員冒著風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)始了艱難的自行研制過(guò)程。當(dāng)時(shí)，805所牽頭，并聯(lián)合了哈工大、浙江大學(xué)、上海交大以及華東所等一批單位一起進(jìn)行攻關(guān)，設(shè)計(jì)方案非常細(xì)致。同時(shí)，大型的部件由上海重型機(jī)床廠加工完成。
綜合試驗(yàn)臺(tái)建成后，俄羅斯專(zhuān)家曾專(zhuān)門(mén)前去參觀，他們非常羨慕我方的試驗(yàn)?zāi)芰�，在現(xiàn)場(chǎng)翹起了大拇指，稱(chēng)贊這是當(dāng)今世界上水平最高的綜合試驗(yàn)臺(tái)。
雖然天宮一號(hào)與神舟九號(hào)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接獲得了成功，但這只是剛剛走完第一步。航天的研制人員正在開(kāi)展多種攻關(guān)，使對(duì)接機(jī)構(gòu)更加穩(wěn)定、可靠，以滿足空間站的發(fā)展需要。
如今已有人提出，研制可與衛(wèi)星對(duì)接的機(jī)構(gòu)，完成諸如空間衛(wèi)星維修、維護(hù)、補(bǔ)加燃料、更換失效部件等任務(wù)，而這將是航天發(fā)展進(jìn)程中又一革命性的進(jìn)步。美國(guó)在NASA的一份報(bào)告中顯示，未來(lái)20年～25年，交會(huì)對(duì)接技術(shù)將是其密切關(guān)注的一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向。因此，交會(huì)對(duì)接的發(fā)展之路依然漫長(zhǎng)，發(fā)展前景依然廣闊。
