交會(huì)對(duì)接是建設(shè)中國(guó)空間站的關(guān)鍵技術(shù),,它使兩個(gè)航天器在同一時(shí)間,、同一位置以相同速度和姿態(tài)會(huì)合并在結(jié)構(gòu)上連為一個(gè)整體,。這一過(guò)程分為交會(huì)和對(duì)接兩個(gè)階段,。飛船在奔赴空間站時(shí)會(huì)“走走停?!?,這是為了確保安全和準(zhǔn)確對(duì)接,。
在交會(huì)階段,,飛船追蹤空間站的過(guò)程中,,通過(guò)變軌達(dá)到與空間站相同的軌道高度后,兩飛行器相對(duì)距離和速度保持不變,,飛船相對(duì)于空間站來(lái)說(shuō)就“停泊”了,。這種“停泊”是由軌道規(guī)律保證的,即被動(dòng)安全,,只要不做動(dòng)作,,就沒(méi)有相撞風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)置停泊點(diǎn)主要用于以下操作或場(chǎng)景:
- 切換相對(duì)測(cè)量敏感器:從數(shù)百公里追蹤至對(duì)接過(guò)程中,很難由一套設(shè)備從頭測(cè)到底,。因此,,在與空間站相對(duì)距離不變且安全的停泊點(diǎn)進(jìn)行不同測(cè)量距離的設(shè)備切換是最優(yōu)選擇。 - 故障處置:在停泊點(diǎn)可以等待處理敏感器等典型故障,,有些交會(huì)方案將停泊點(diǎn)作為全系統(tǒng)狀態(tài)檢查的點(diǎn),,確認(rèn)一切正常才放行。 - 對(duì)接時(shí)間調(diào)整:如軌控執(zhí)行有誤差,,則飛行時(shí)間與預(yù)計(jì)也會(huì)有偏差,,設(shè)置停泊點(diǎn)可以“吃掉”此前的飛行時(shí)間誤差,以保證后續(xù)步驟按預(yù)定時(shí)間計(jì)劃執(zhí)行,。 - 解決光學(xué)敏感器受陽(yáng)光干擾的問(wèn)題:當(dāng)陽(yáng)光晃眼時(shí)在停泊點(diǎn)等待,,太陽(yáng)轉(zhuǎn)過(guò)去后再繼續(xù)前進(jìn)。停泊點(diǎn)可以設(shè)置在空間站的后方或前方,,根據(jù)需要進(jìn)行升降軌操作,。
交會(huì)有自動(dòng)與手動(dòng)兩種模式。高精度自動(dòng)控制條件下,,手動(dòng)交會(huì)仍然保留,,這是因?yàn)槿搜劬珳?zhǔn)的立體視覺(jué)和人腦-手指精細(xì)的操控能力使得航天員經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后可以達(dá)到極高的觀測(cè)和控制精度。手動(dòng)交會(huì)的一大優(yōu)勢(shì)在于控制精度好,,并且人在現(xiàn)場(chǎng)的臨機(jī)處置能力更強(qiáng),。早期由于技術(shù)水平限制,自控不如人控精度高,。當(dāng)代雖然自動(dòng)控制精度足夠高且穩(wěn)定,,但人控作為一種冗余手段被保留下來(lái)。
快速交會(huì)技術(shù)的發(fā)展使得交會(huì)對(duì)接時(shí)間大大縮短,。2021年6月17日,,神舟十二號(hào)載人飛船與天和核心艙形成組合體,全程時(shí)長(zhǎng)從兩天左右縮短至6.5小時(shí),。實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)的關(guān)鍵因素包括空間站調(diào)相及軌道外推預(yù)測(cè)精度高,、火箭入軌精度高、測(cè)定軌實(shí)時(shí)精確,、實(shí)時(shí)軌控規(guī)劃與計(jì)算精準(zhǔn)以及軌控精度足夠高,。這些條件的提升和協(xié)同保障使得快速交會(huì)成為可能。
對(duì)接階段是從單個(gè)航天器到組合體的過(guò)程,,主要包括接觸,、接納和幾何位置校正,緩沖并消耗碰撞能量,,機(jī)械連接三個(gè)步驟。首先,兩個(gè)飛行器的對(duì)接機(jī)構(gòu)相互接觸后,,消除初始偏差,,讓雙方的機(jī)械裝置相互接納并校正位置關(guān)系。其次,,高速飛行的大質(zhì)量航天器即使以較小速度相互接觸,,沖擊能量也很大,因此需要配置緩沖和耗能裝置,。最后,,兩對(duì)接端面被拉近、靠攏,,通過(guò)機(jī)械鎖系剛性連接為一體,,實(shí)現(xiàn)電路、液路連通,,載人環(huán)境貫通,。
為了保證對(duì)接過(guò)程的安全,對(duì)接機(jī)構(gòu)上配置的緩沖阻尼系統(tǒng)隔離了兩個(gè)飛行器本身,,實(shí)際起到的效果相當(dāng)于以這套系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)特性去撞擊目標(biāo),。對(duì)接接觸后兩航天器均要停止姿態(tài)控制,組合體處于自由漂移狀態(tài),,緩沖系統(tǒng)只需將對(duì)接撞擊能量消耗即可,。此外,對(duì)接機(jī)構(gòu)還需要具備承受較大偏心翻轉(zhuǎn)載荷并吸收該方向輸入能量的能力,。
交會(huì)對(duì)接是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,,涉及多個(gè)環(huán)節(jié)和技術(shù),通過(guò)控制核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)總體最優(yōu)設(shè)計(jì),,為空間設(shè)施建設(shè)提供了有力支持,。
剛剛,神舟十九號(hào)載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會(huì)對(duì)接,。按任務(wù)計(jì)劃,,3名航天員隨后將從神舟十九號(hào)載人飛船進(jìn)入空間站天和核心艙
2024-10-30 11:27:32神舟十九號(hào)載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會(huì)對(duì)接