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跳好“三支舞” 天舟天宫情定太空

2017-04-21 10:37 来源:科技日报

  郭兆炜 本报记者 付毅飞 操秀英

  4月20日19时41分,中国首艘货运飞船天舟一号在文昌航天发射场发射,之后这位“太空快递员”将与天宫二号空间实验室进行自动交会对接。

  航天器的交会对接常被喻为“太空之舞”,该技术是建设载人空间站的关键。我国是继美国、俄罗斯之后,第三个独立掌握近地轨道交会对接技术的国家。

  从2011年开始,神舟八号、九号、十号飞船先后与天宫一号交会对接,系统验证了自动、手动交会对接等关键技术。

  2016年,神舟十一号与天宫二号交会对接,更标志着我国走向该技术的成熟应用阶段。

  刚刚拉开序幕的天舟一号任务,是我国空间站正式建设前的最后一次实战。其间,天舟一号将与天宫二号3次“共舞”,向交会对接技术的更高“段位”发起挑战。

  第一舞:阳光下的“牵手”

  中国航天科技集团公司五院(以下简称五院)天舟一号副总设计师张强介绍,由于天舟一号的发动机配置数量、推力大小和神舟飞船都不一样,所以本次任务的交会对接,实际上是对现有技术新的验证。

  比起神舟飞船兄弟们,天舟一号的“舞技”大有提高。

  过去神舟飞船和天宫目标飞行器在对接前,要先一点点“挪动脚步”,慢慢把位置对齐。而天舟一号已具备360度相位差的交会对接能力,和天宫二号在飞行轨道的任意相位差条件下,均可实现完美“牵手”。天舟一号上还新增了星敏感器,能确保交会对接过程中姿态更加精准。

  另外,与以往交会对接要避开阳光不同,此次任务中,新研制的光学成像敏感器将首次在阳照区开展工作。就像人们迎着阳光看天空一样,这要求敏感器等设备在刺眼的光照环境下找到目标,条件极为苛刻。这次试验将有力检验我国“全天时”交会对接能力。

  第二舞:眼花缭乱的“芭蕾”

  第一支舞跳完后不久,天舟一号和天宫二号将分开手,拉开距离,摆好架势,上演新的舞蹈。

  这一次,天宫要转体180度,天舟从它下方绕飞,同时也转体180度,加速赶到天宫前方,从“前向”与它对接在一起。这一串令人眼花缭乱的动作,如同一段“太空芭蕾”。

  五院天舟一号GNC(制导导航与控制)系统主任设计师刘宗玉介绍,绕飞是一种高难度太空动作,需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成。绕飞主要在空间站多个舱段组装,或是飞船需要腾空对接口时应用。天舟一号绕飞并前向对接,正是为了确保未来航天器能从多个方向与空间站对接而进行的演练。他说,未来我国空间站建设中不仅规划了前后向水平对接,还有径向垂直对接。

  此前神舟十号载人飞船也开展过绕飞试验,与之不同的是,天舟一号此次是全自动绕飞。当绕飞指令发出后,天舟的GNC系统会自主规划出最优绕飞轨迹,自动进行变轨控制及姿态机动,无需操作人员干预。

  第三舞:用“桑巴”取代“慢三”

  神舟飞船完成交会对接,全过程需要大约2天时间。如果将其比作节奏舒缓的“慢三”,天舟一号与天宫二号的第三支舞,则像一段明快奔放的“桑巴”。

  在天舟一号任务末期,五院科研人员为它和天宫安排了一次快速交会对接试验,将验证仅用6小时完成对接全过程的系列支撑技术。

  该技术一旦验证成功,将大大缩短航天员在飞船狭小空间里滞留的时间,减少不必要的体力与精力付出;还有利于将生物制剂等不宜长期运输的物品尽快送达空间站。此外,如果航天器遇到突发紧急情况,快速交会对接有助于迅速实施抢修与紧急救援,能进一步地保证航天员的生命安全。

  为了练就这项绝技,科研人员突破了航天器自主导航测定轨、自主快速制导等技术,将复杂的测定轨算法和远距离导引技术工程化,把原来远距离导引段需要地面干预的工作,交由航天器的计算机自主进行。

  交会对接技术的应用不仅局限于载人空间站建设,在深空探测任务中也将发挥巨大作用。五院航天器设计专家邵立民表示,该技术将支撑实施在即的嫦娥五号月球采样返回任务,未来还将广泛应用于各类深空探测工程中的飞行器组合。

(责任编辑:王蔚)

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