解讀神九與天宮中的“哈工大技術”

　　“神九”發(fā)射已即，“天宮”再迎訪客。昨天，哈爾濱工業(yè)大學科學與工業(yè)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(fā)與研制，攻克了多項技術難題。據(jù)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(tǒng)：把無限遠的太空環(huán)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(jīng)濟方面考慮，通常在地面環(huán)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(tǒng)的模擬飛行效果達到了國內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)”項目。研究團隊經(jīng)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(tǒng)，該系統(tǒng)具有圖像清晰、縱深感強、成像距離遠等優(yōu)點。

　　根據(jù)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(tǒng)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(yī)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(huán)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(yī)學研究方面進行了深入研究。

　　目前研究空間環(huán)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(jù)研究結果，課題組建立了空間環(huán)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(yī)學保障提供了有效的生存安全數(shù)據(jù)，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(huán)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(huán)境

　　天上“牽手”并不容易。因為太空環(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，會出現(xiàn)許多在地面上難以想象的問題，如在地面環(huán)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(xiàn)象”。平時機器的軸承正常運轉(zhuǎn)就要加注一些潤滑劑，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(huán)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(xiàn)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(huán)境下的遙操作技術。

　　九自由度運動模擬系統(tǒng)：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(xiàn)精準定位，調(diào)整好雙方的姿態(tài)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(tǒng)應使飛行器的相對位置、相對姿態(tài)及相對速度都達到符合要求的技術狀態(tài)。

　　哈工大負責研制的九自由度運動模擬系統(tǒng)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(tǒng)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(tài)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(tài)的變化，三維平動系統(tǒng)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(xiàn)三個維度的控制，即所謂九自由度運動模擬系統(tǒng)，3個部分聯(lián)動實現(xiàn)“牽手”位置的精準定位。