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天舟一号与天宫二号将上演三次“太空之吻”

2017-04-21 12:00 来源: 新华社

新华社北京4月20日新媒体专电(记者喻菲、刘陆)4月20日发射的中国第一艘货运飞船天舟一号将与天宫二号空间实验室在大约5个月的时间里开展三次交会对接、三次在轨加注试验,中国向着练就航天器交会对接独门绝活的更高标准发起了冲击。

“要把交会对接技术掌握得很熟练,未来空间站建设才能更有底气!”中国航天科技集团公司五院天舟一号副总设计师张强说。

“分则弱、合则强”的生存法则在茫茫宇宙同样适用,为了建起一座性能强大、稳定可靠、经久耐用的“太空之家”——中国载人空间站,需要把多个单独发射的航天器在太空组合起来,实现1+1〉2的效果,而交会对接技术是其中的关键。

 

天舟一号与天宫二号的太空之吻(贺萌绘图)

 

中国是继美国、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。神舟飞船、空间实验室、天舟一号的缔造者——中国航天科技集团公司五院的专家介绍说,从2011年到2013年,神舟八号、神舟九号、神舟十号分别与天宫一号完成了交会对接任务,系统验证了自动交会对接、人控/手动交会对接等关键支撑技术。2016年,神舟十一号与天宫二号完成交会对接任务,完成了航天员中长期在轨驻留,更标志着中国交会对接技术走向成熟应用阶段。

那么天舟一号与天宫二号即将开展的三次交会对接又有什么特点呢?

天舟一号货运飞船(中国航天科技集团公司五院供图)

 

第一次:耀眼阳光下的“太空之吻”

 

中国航天科技集团公司五院技术专家刘宗玉博士介绍说,天舟一号的交会对接能力,比它的神舟飞船“兄弟们”已经有了质的飞跃。天舟一号与天宫二号在飞行轨道的任意相位差条件下均可实现完美对接。另外,本次天舟一号新增加了星敏感器,将确保货运飞船交会对接过程中姿态更加精准。由于货运飞船发动机的配置数量、推力大小和神舟飞船都不一样,所以本次交会对接实际上是对现有技术的又一次验证。

刘宗玉说,这次交会对接还有一个比较显著的特点,就是新研制的光学成像敏感器首次在阳照区开展工作,这要求敏感器等设备在已经非常明亮刺眼的环境下找到标识目标,好比人们对着阳光看天上的景物,考验比之前更高,这次试验将有力检验中国交会对接“全天时”作战能力。

 

天舟一号与天宫二号对接模拟图(中国航天科技集团公司五院供图)

 

第二次:全自动绕飞后的前向对接

 

完成第一次交会对接不久,天舟一号和天宫二号将进行“眼花缭乱”的太空芭蕾,天宫二号转体一百八十度,天舟从天宫二号下方绕飞,同时转体一百八十度,加速赶到天宫二号前方,最终从前向与天宫二号进行第二次交会对接。

天舟一号副总设计师张强说,绕飞是一种高难度的太空动作,需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成。绕飞主要应用于空间站多个舱段组装,或是载人飞船、货运飞船已经在某个对接口,需要腾空对接口时。

他说,天舟一号这次绕飞后的前向对接,就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,今后中国的空间站建设,不仅规划了前后向对接,还有垂直对接。

张强说,与之前神舟十号完成过的绕飞不同,此次货运飞船绕飞是一次全自动绕飞,即当绕飞指令发出,飞船上制导导航与控制系统的计算机便开始自主规划出最优绕飞轨迹,自主进行变轨控制,自动进行姿态机动,不需要地面人员干预。

“如果把神舟十号的绕飞比作是技术人员‘领着’航天器走路,那么此次货运飞船的绕飞则是技术人员‘看着’航天器独立走路。”张强说。

 

遨游太空的天舟一号货运飞船(中国航天科技集团公司五院供图)

 

第三次:中国首次快速交会对接

 

在任务末期,中国航天科研人员还特别为天舟一号安排了一次“以快制胜”的交会对接试验。同以往神舟飞船交会对接需要大约2天时间相比,天舟一号将进行快速交会对接试验,将验证从入轨到交会对接成功仅需要大约6个小时的系列支撑技术。

张强说,这一技术一旦验证成功,将大大缩短航天员在飞船上狭小空间中滞留的时间,减少航天员不必要的体力与精力付出;可以保障科研用品,特别是生物制剂等无法经历长期运输的货品尽快送达空间站。尤其在未来载人空间站等航天器突遇紧急情况时,快速交会对接可以快速地对故障实施抢修与紧急救援等工作,极大地保证航天员生命安全。

台上一分钟,台下十年功。为了练就“快、准、好”的交会对接秘籍,航天科研人员突破了航天器自主导航测轨、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星上计算机自主进行。在飞船入轨后,所有的测定轨、制导律计算、控制实施策略等均由飞船自主计算,无需地面干预,几个小时就可以完成交会对接任务。

据专家介绍,交会对接技术的用武之地不仅局限于载人空间站建设,在中国进行遥远深空探测任务中也将发挥巨大作用。

中国航天科技集团公司五院航天器设计专家邵立民说:“交会对接是一种通用的技术,今年除了服务载人航天工程外,还将支撑即将开展的嫦娥五号月球采样返回任务。未来,交会对接技术成果还将广泛应用于多飞行器组合等方面。”

 

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作者: 喻菲、刘陆   [责任编辑: 宋金玉]