科技“金手指”叩响“天宫”之门

哈工大助力“天宫一号”和“天宫二号”遨游太空

天宫一号是我国第一个目标飞行器，于年9月29日在酒泉卫星发射中心发射。它的成功发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。同年11月3日实现与神舟八号飞船的对接任务，年6月18日与神舟九号飞船对接成功，年6月13日与神舟十号飞船完成自动交会对接。

天宫二号空间实验室，是继天宫一号后我国自主研发的第二个空间实验室，于年9月15日在酒泉卫星发射中心成功发射，同年10月19日凌晨与神舟十一号飞船自动交会对接成功，年4月22日与天舟一号货运飞船实现自动交会对接。

从天宫一号到天宫二号，无不烙印下哈尔滨工业大学师生科技报国、忘我奉献的忙碌身影，他们用科技“金手指”叩响了“天宫”之门。

为太空“牵手”他们创造多个“世界领先”

人类寻找目标的最直观方式就是用眼睛去看，飞行器在太空中的“牵手”也需要精确地找到对方才能完成。哈工大图像信息技术及工程研究所李金宗教授课题组与中国航天科技集团五院所合作，给“天宫一号”装上了“眼睛”——成功研制出了CCD光学成像系统（CCD标识与定位系统），为目标飞船（“天宫一号”）和跟踪飞船（“神舟八号”等）两个空间飞行器在轨交会对接准确导航。课题组研制的目标标志器具备稳定性高、可靠性强等优势，并能够在强阳光、强辐射等恶劣环境中正常工作，该技术还填补了国内空白，处于世界领先水平。

两个飞行器的“牵手”要在高速飞行的条件下完成，位置稍有偏差都可能“擦肩而过”，甚至“迎面相撞”。因此交会过程中必须实现精准定位，调整好双方的姿态才能顺利完成任务。哈工大控制与仿真中心姚郁教授课题组，研制出九自由度运动模拟系统地面仿真设备，用于模拟交会过程中“神舟八号”和“天宫一号”空间运动，实现了“牵手”位置的精准定位。课题组突破了机械结构设计、驱动与控制、测量与标定、高速实时通信等多项关键技术，其综合指向精度指标达到国际领先水平。

空间对接过程的地面模拟对于对接机构综合试验台运动模拟器的各项性能指标均提出了极高要求。哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所所长韩俊伟教授带领项目组刻苦攻关，与上海航天八院八○五所合作，解决了对接六自由度运动模拟器超大工作空间、高精度、高响应和低速稳定等技术难题。项目的成功研制实现了载人航天空间动态对接过程地面模拟试验最重要的技术保障，为对接机构的研制、实验和鉴定奠定了基础。六自由度运动模拟器挑战性技术难题的顺利解决，也使我国独立自主地掌握了世界顶尖六自由度运动模拟器的高度集成制造技术，在这一领域走在世界前列。

为让“天神”适应环境他们创造多个“国内首次”

天上“牵手”并不容易。因为太空环境非常恶劣，飞行器以相当于地面每秒7.9千米以上的高速飞行，高真空，微重力，会出现许多我们在地面上难以想象的问题。比如在地面环境中轻易不会黏合在一起的金属块，在高真空的太空中会像黏合剂黏在一起甚至焊在一起那样无法分开，这就是“冷焊现象”。为了让“天神”能够适应这种环境，哈工大机器人研究所和上海航天八院八○五所合作研制了空间对接机构热真空试验台。这种试验台实现了全六自由度模拟、全电动控制，这是我国第一次在真空罐内实现大型对接模拟试验，也是国内首次实现大型地面动态测试设备在真空条件下的试验测试。

年10月19日，“天宫二号”与“神舟十一号”对接后，航天员与空间机械手协同完成了“天宫二号”三大关键试验任务即在轨维修科学试验。人机协同在轨维修技术试验为国际首次，由哈工大与中国航天科技集团公司第五研究院、北京理工大学共同完成。该项试验主要面向航天设备在轨组装及拆卸任务，探索人机协同完成在轨维修典型作业，为空间机器人在轨服务积累经验。“天宫二号”空间机械手由哈工大研制，研制团队在3年研制周期内完成了产品研制、地面操作试验、空间环境适应性试验等工作。

为确保飞船安全可靠性他们啃下多个科技“硬骨头”

两个飞行器在太空“牵手”，由于对接锁系及钢丝绳锁紧力较大，在太空环境中温度剧烈变化的作用下会发生缓慢的蠕变与应力松弛。若锁紧力松弛到某一临界值就可能导致飞行器的气密性下降，进而威胁航天员的生命。因此，必须研究和掌握这种对接锁系及钢丝绳应力松弛的规律，以确保飞船的服役寿命和安全可靠性。为此，哈工大空间环境材料行为及评价技术实验室何世禹教授课题组勇啃“硬骨头”，系统研究了不同恒定温度及交变温度场环境作用下，对接锁系及钢丝绳锁紧力松弛规律，历经艰辛探索，获得了应力松弛导致气密性下降而失效的寿命预测模型，为长寿命飞行器试验评价提供了有效的技术途径，研究成果成功应用于对接机构的制造工艺改进。

载人飞船进入太空飞行前，航天飞行训练模拟器就是训练航天员驾驶飞船的重要地面设备之一，而训练模拟视景显示技术则是飞船训练模拟器中的关键技术之一。哈工大光学目标仿真与测试技术研究所康为民教授课题组承担了这一艰巨任务。研究团队努力解决了模拟亮度低、图像畸变等难题，采用反射式无限远视景生成机理及像差修复技术，成功研制出训练模拟器视景显示系统。通过该视景显示系统成像装置，能够反射生成无限远的地球纹理图像，供航天员观察到无限远距离的均匀、清晰、高亮度的地球纹理图像，为航天员模拟飞行训练提供了有力支持。