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文汇 10-16

突破三大难关,神舟十三号径向交会对接完美首秀

" 请你们放心,我们已经高质量地完成了飞船总装工作,祝你们一切顺利,圆满完成任务,平安凯旋。" 在神舟十三号发射的 1 个半小时前,来自航天科技集团中国空间技术研究院总装与环境工程部的神舟飞船总装团队顺利完成了关舱门任务并向航天员们送上了航天人的祝福。

攻克三大难点!神舟再展新技能

神舟系列载人飞船均由中国空间技术研究院抓总研制,由轨道舱、返回舱和推进舱构成,共有 14 个分系统,是迄今为止我国研制的标准最高、指标最严格的载人航天器。神舟十三号载人飞船于北京时间 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。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。虽然只是方向变了 90 度,但是对接的难度却大了不少。

为确保首次径向交会对接任务万无一失,空间院 502 所研制团队针对径向交会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。

径向交会对接有 " 三大难点 ",这也让此次 " 太空华尔兹 " 更加美妙绝伦,扣人心弦:

一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。

二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。

三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。

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。此次首秀的圆满成功,将为后续空间站建造和运营打下坚实基础。

6 个月!" 生命之舟 " 将在太空超长待机

空间院总体设计部飞船型号系统总体副主任设计师高旭将神舟载人飞船形象地比喻为航天员实现天地往返的 " 生命之舟 "。为了保护航天员生命,空间院开创了天地结合的应急救援任务模式,即每次有两艘飞船进场,由后一艘飞船作为突发情况的生命救援之舟,具备 8.5 天应急发射进行太空救援的能力。

根据 " 滚动待命 " 的工作策略,在神舟十二号成功发射后,空间院研制团队披星戴月持续攻关,在规定时间,按照规定流程,完成了神舟十三号载人飞船全部待命工作,取得了应急救援的资格 " 证书 "。

在神舟十三号载人飞船与空间站天和核心舱完成径向交会对接之后,停靠时间将由神舟十二号的 3 个月延长到 6 个月,执行 180 天组合体长期驻留任务,这将是我国迄今为止时间最长的一次载人飞行,将首次考核并验证空间站任务航天员长期在轨驻留能力。为适应空间站复杂构型和姿态带来的复杂外热流条件,满足超长 " 待机 " 的要求,空间院神舟团队对返回舱、推进发动机和贮箱等热控方案、船站并网供电方案进行了专项设计,使飞船具备了供电、热环境保障的适应性配套条件。

据悉,空间院抓总研制的神舟十四号已经完成发射前的全部工作,进入应急发射待命状态。空间院神舟团队在六个月里经受住了三船工作并行开展的艰巨考验。空间院神舟载人飞船系统总指挥何宇对于自己的团队很是自豪:" 以国为重,以事业为天,以队友为亲人,这就是神舟团队!"

作者:郑蔚

编辑:赵征南

责任编辑:范兵

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