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作者:付毅飛 崔爽 薛英民 來源:科技日報 發布時間:2021/5/31 10:17:41
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精準對接!太空再現“萬里穿針”神技

 

5月30日5時01分,在成功發射約8小時后,由航天科技集團五院(以下簡稱五院)抓總研制的天舟二號貨運飛船與天和核心艙完成了全自主快速交會對接,“萬里穿針”技術再現太空。

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術之一,是實現空間站和空間運輸系統的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌服務的先決條件,復雜度高、精準度高、自主性要求高、安全性要求高。為掌握該項技術,五院502所研制人員接續奮斗了近30年。

全相位、全自主

天舟二號與核心艙的此次交會對接是我國在軌進行的第二次快速交會對接。與2017年天舟一號與天宮二號的交會對接相比,此次又實現了新的技術升級。

相較于天舟一號,天舟二號增加了“全相位全自主交會對接方案”。

“全相位”就是無論目標飛行器在入軌時和空間站的相對位置有1/4圈、半圈,哪怕整圈,“天舟”都可以以最快速度或者在規定時間點實現對接,而不用專門根據空間站的位置來選擇飛船發射時間,真正實現了全天候發射。

“全自主”就是從飛船入軌到交會對接成功,全程不需要人工干預,船上控制器自主規劃完成。

天舟一號在遠距離段是需要人工輔助把飛船引導到距離天宮二號一定的位置,然后由飛船自主完成近距離交會對接的。天舟二號增加了遠距離自主導引,飛船可以利用北斗導航的位置信息來實現遠距離的全自主的導航計算及其制導與控制。

也就是說,以后天舟飛船對空間站的造訪,整個交會和對接過程可以完全自主完成,人只需要負責監視。

自控、手控兩相宜

手控交會對接和自動交會對接是空間交會對接系統的左右手,互為備份,是系統可靠性的重要保障。神舟載人飛船從研制之初就按照不同的邏輯分別為兩套系統設計了相對獨立的系統。

天舟二號雖然是貨運飛船,但也裝備了手控系統。

在貨運飛船與空間站交會對接的最后平移靠攏段,手控是重要的控制手段之一,具備支持空間站內航天員進行手控遙操作,實現前向或后向的交會對接或撤退撤離的能力。

一旦自動交會對接模式出現故障,控制系統可以轉為手控遙操作模式,空間站上的航天員可以通過“遙操作”,以遙控的方式“駕駛”飛船,實現貨運飛船規避空間站或與空間站對接。

為保證系統整體可靠性,天舟的自控與手控系統間通過設計不同的信息接口實現了相互故障隔離,但必要時又可以實現可靠的模式切換——即在自控模式下,通過地面注入指令或航天員手控指令可以迅速轉入手控遙操作模式,手控遙操作過程中,也可以通過地面注入指令或航天員手控指令轉入自控模式。

三十年磨一劍

為了早日建成中國人自己的空間站,在中國的載人航天工程立項前,科研人員就瞄準空間站建設必須的交會對接技術開始了攻關。

直到2011年11月,神舟八號成功完成了與天宮一號的兩次自動交會對接。

2012年6月,神舟九號在航天員劉旺的操控下與天宮一號成功實現手控交會對接,標志著我國突破了相對導航、制導、控制和交會對接相對測量敏感器等一系列關鍵技術,成為世界上第三個獨立掌握交會對接的國家。

2016年,作為交會對接的一項必要相關技術,在神舟十號任務中驗證了繞飛技術。2017年,天舟一號和天宮二號快速交會對接在軌試驗圓滿成功,我國成為世界上第三個掌握近地快速交會對接的國家。

之后,研發團隊又用幾年的時間對交會對接技術的自主性、可靠性進行了完善,到天舟二號與核心艙對接,三代研發人員已經前赴后繼奮斗了近30年。

隨著天舟二號和空間站核心艙的首次太空牽手,中國的空間交會對接技術也迎來了新的歷史階段。相信在支撐空間站建設之余,中國的交會對接技術也必將在把我國建成航天強國的征程中發揮更大作用。

 
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