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科技日报 10-16

首次径向交会对接成功!

科技日报记者 崔爽 何亮

据中国载人航天工程办公室消息,神舟十三号载人飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于北京时间 2021 年 10 月 16 日 6 时 56 分,采用自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱径向端口,与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起构成四舱 ( 船 ) 组合体,整个交会对接过程历时约 6.5 小时。

按任务实施计划,3 名航天员随后将从神舟十三号载人飞船进入天和核心舱。

视频素材来源:航天科技集团五院 视频制作:王宇

这是我国载人飞船在太空实施的首次径向交会对接,即通过天和核心舱下方对接口与空间站进行交会并对接。

神舟八号以来,5 艘飞船都是轴向对接,而径向与轴向的夹角呈 90 度。

虽然只是方向变了 90 度,但难度大了不少。为确保径向对接 " 首秀 " 万无一失,五院 502 所研制团队进行了数年的技术攻关和大量地面实验,并在神舟十二号载人飞船返回地球前开展了与空间站的绕飞及径向交会试验,为神舟十三号正式实施径向交会验证了关键技术。

只有神舟载人飞船可以径向交会对接

之所以要验证,是因为神舟十三号要以垂直的方式、径向的方式,垂直向上,从下面和组合体进行交会对接。这项技术的难度非常大,也没有在太空中验证过,所以神舟十二号在回家之前要先到这个节点舱的径向对接口的下方去试试,看看这个控制系统是不是能够正常工作。

径向交会对接难度很大,当时,北京航天飞行控制中心空间站任务总师孙军介绍,径向交会对接和之前采用的后向对接、前向对接有很大不同。因为它是从核心舱的下方来接近,实际上飞船和核心舱在轨道高度上就有一个偏差,前向和后向对接是在轨道同样的水平面上的,所以它的运动是比较稳定的。由于轨道高度的偏差,不同高度的速度是不一样的,所以就需要在这个径向对接的接近过程中,除了在径向方向有速度的位置的改变以外,还要去控制它在速度方向的角度。所以这样的整个对接过程它是高动态的,是控制系统要实时的去敏感核心舱的位置,并且实时进行控制。

而神舟载人飞船之所以要和空间站进行径向交会对接,孙军表示,因为要进行航天员乘组的轮换,就会同时有两艘飞船对接空间站,这样(径向交会对接)能够提高进驻空间站的通道和手段。而神舟飞船的发动机、控制系统和敏感器,都是专门为全方位与空间站对接而设计的,所以只有神舟载人飞船能够做得到和空间站进行径向交会对接。

据悉,为适应空间站组合体不同构型及来访航天器不同停靠状态,实现与空间站前向、后向、径向交会对接和分离,神舟团队设计了新的交会路径和绕飞模式,增加了绕飞、快速交会对接、径向交会对接各项功能。

克服三大难点 飞船智能自主完成

航天科技集团五院(以下简称五院)总体设计部飞船型号系统总体副主任设计师高旭表示,径向交会对接有 " 三个难 ",也让此次交会对接的 " 空中华尔兹 " 更加美妙绝伦,扣人心弦。

首先是持续控制姿态和轨道 " 难 "。对于前向、后向交会对接,其 200 米保持点是一个稳定的保持点,即使发动机不工作,飞船也能较长时间保持稳定的姿态和轨道。而径向交会没有稳定的中途停泊点,需要持续对飞船的姿态和轨道进行控制,推进剂消耗大,故障处置难。

其次是姿态和相对位置确定 " 难 "。神舟载人飞船配有敏感器,它就如同飞船的眼睛,通过观察星星和预设的标志点等来确定自己的飞行姿态、与空间站的相对姿态相对位置等。但由于径向交会过程中,飞船需由平飞转竖飞等大范围的姿态机动,所以对 " 眼睛 " 能看到目标和保证 " 眼睛 " 不会被复杂光照变化所干扰提出了更高要求。

最后是航天员手控交会模式 " 难 "。径向交会对接过程中基本失去了地球这个最熟悉的参照基准,测控条件变差,且相对动力学运动特性与前向交会不同,这给手控交会模式下航天员的操作增加了难度。

据了解,此次径向交会对接整个过程都是在制导导航与控制(GNC)系统指挥下,飞船智能自主完成的。

径向交会和前向交会都是中国空间站载人飞船正常的交会方式,会在未来空间站载人交会对接任务中交替使用。

来源:科技日报

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