作者:付毅飞 崔爽 薛英民 来源:科技日报 发布时间:2021/5/31 10:17:41
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精准对接!太空再现“万里穿针”神技

 

5月30日5时01分,在成功发射约8小时后,由航天科技集团五院(以下简称五院)抓总研制的天舟二号货运飞船与天和核心舱完成了全自主快速交会对接,“万里穿针”技术再现太空。

空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件,复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高。为掌握该项技术,五院502所研制人员接续奋斗了近30年。

全相位、全自主

天舟二号与核心舱的此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接。与2017年天舟一号与天宫二号的交会对接相比,此次又实现了新的技术升级。

相较于天舟一号,天舟二号增加了“全相位全自主交会对接方案”。

“全相位”就是无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置有1/4圈、半圈,哪怕整圈,“天舟”都可以以最快速度或者在规定时间点实现对接,而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间,真正实现了全天候发射。

“全自主”就是从飞船入轨到交会对接成功,全程不需要人工干预,船上控制器自主规划完成。

天舟一号在远距离段是需要人工辅助把飞船引导到距离天宫二号一定的位置,然后由飞船自主完成近距离交会对接的。天舟二号增加了远距离自主导引,飞船可以利用北斗导航的位置信息来实现远距离的全自主的导航计算及其制导与控制。

也就是说,以后天舟飞船对空间站的造访,整个交会和对接过程可以完全自主完成,人只需要负责监视。

自控、手控两相宜

手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手,互为备份,是系统可靠性的重要保障。神舟载人飞船从研制之初就按照不同的逻辑分别为两套系统设计了相对独立的系统。

天舟二号虽然是货运飞船,但也装备了手控系统。

在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段,手控是重要的控制手段之一,具备支持空间站内航天员进行手控遥操作,实现前向或后向的交会对接或撤退撤离的能力。

一旦自动交会对接模式出现故障,控制系统可以转为手控遥操作模式,空间站上的航天员可以通过“遥操作”,以遥控的方式“驾驶”飞船,实现货运飞船规避空间站或与空间站对接。

为保证系统整体可靠性,天舟的自控与手控系统间通过设计不同的信息接口实现了相互故障隔离,但必要时又可以实现可靠的模式切换——即在自控模式下,通过地面注入指令或航天员手控指令可以迅速转入手控遥操作模式,手控遥操作过程中,也可以通过地面注入指令或航天员手控指令转入自控模式。

三十年磨一剑

为了早日建成中国人自己的空间站,在中国的载人航天工程立项前,科研人员就瞄准空间站建设必须的交会对接技术开始了攻关。

直到2011年11月,神舟八号成功完成了与天宫一号的两次自动交会对接。

2012年6月,神舟九号在航天员刘旺的操控下与天宫一号成功实现手控交会对接,标志着我国突破了相对导航、制导、控制和交会对接相对测量敏感器等一系列关键技术,成为世界上第三个独立掌握交会对接的国家。

2016年,作为交会对接的一项必要相关技术,在神舟十号任务中验证了绕飞技术。2017年,天舟一号和天宫二号快速交会对接在轨试验圆满成功,我国成为世界上第三个掌握近地快速交会对接的国家。

之后,研发团队又用几年的时间对交会对接技术的自主性、可靠性进行了完善,到天舟二号与核心舱对接,三代研发人员已经前赴后继奋斗了近30年。

随着天舟二号和空间站核心舱的首次太空牵手,中国的空间交会对接技术也迎来了新的历史阶段。相信在支撑空间站建设之余,中国的交会对接技术也必将在把我国建成航天强国的征程中发挥更大作用。

 
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