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偏差修正 与约束条件 轨道控制难在哪里?
从火箭发射入轨到两个飞行器追踪接近 , 步步有序 。 而在实际飞行中 , 每一步都可能产生误差 。 因此 , 飞行轨道控制规划需要预留轨道修正的时机 , 根据实际偏差情况进行实时计算、并决定是否实施修正 。 而所有阶段的测量和计算误差都会转化为轨控参数的误差并且与变轨执行偏差叠加 , 体现在轨控后的飞行状态中 。
因此 , 飞船, 工程即以实测轨道规划后续的各次变轨 , 消除入轨偏差;每次轨控之后重新测定轨 , 再以当前状态更新规划后续的变轨策略和参数 , 在完成既有追踪任务的同时消除上一次变轨产生的新偏差 。
“人不能两次踏进同一条河流 。 ”古希腊哲学家的这句话 , 表达了宇宙万物的运动变化 。 从这个意义上来说 , 以交会对接为代表的航天任务在每一阶段所面对的 , 都是又一次全新的任务 。
轨道控制在按照以上原则进行规划、以保证最终的对接精度之外 , 还要少消耗。 因此 , 变轨道高度尽可能在远地点、近地点实施 , 利用霍曼转移实现能量最优;变轨道面尽可能在轨道交点处实施 , 通过最高效的控制节省燃料 。
对轨控过程的实施影响较大的约束条件包括两类 。 一类是技术条件 , 比如航天工程早期测定轨能力的不足 。 另一类是人为规定的安全性措施 , 比如交会末段和对接过程要在测控可见的弧段内进行 , 以利于及时处置故障、保证安全 。 约束条件因任务实施条件和能力而异 , 也随着技术进步和自主控制可靠性的提高而解除 。
综上所述 , 航天器交会是典型的约束条件下多目标规划问题 。
交会需要停泊点 航天器为什么“走走停停”?
空间站沿圆轨道飞行 。 飞船追踪过程中 , 若通过变轨达到空间站后方同轨道高度的圆轨道上 , 则两飞行器相对距离和速度保持不变 , 飞船相对于空间站来说就“停泊”了 。 这样的停泊是由轨道规律保证的 , 即被动安全:只要不做动作 , 就没有相撞风险 。
交会对接飞行过程中设置停泊点是必要的 , 主要用于以下操作或场景:
(1)切换相对测量敏感器 。
飞船从数百公里追踪至对接 , 很难由一套设备从头测到底 。 因此 , 与空间站相对距离不变且安全的停泊点 , 是进行不同测量距离的设备切换的最佳位置 。 也就是说 , 停下来换装备 。
(2)故障处置 。
敏感器等典型故障 , 即可在停泊点等待处置 。 实际上 , 有些交会方案将停泊点作为全系统状态检查的点 , 确认一切正常才放行 。 也就是说 , 停下来检查 。
(3)对接时间调整 。
轨控执行有误差 , 则飞行时间与预计也会有偏差 , 设置停泊点可以“吃掉”此前的飞行时间误差 , 以保证后续步骤按预定时间计划执行 。 也就是说 , 停下来纠偏 。 对于有对接段测控可见等时间约束的交会方案来说 , 这一调整能力是非常重要的 。
(4)解决光学敏感器受阳光干扰的问题 。
通俗地说就是 , 阳光晃眼时在停泊点等待 , 太阳转过去了再走 。
停泊点可以设置在空间站的后方 , 也可以在其前方 。 从后向停泊点继续接近空间站 , 需要略降轨 , 追近后再升轨、停泊 。 从前向接近则是先升轨 , 等待空间站靠近后再降轨停泊 , 正反向分别重复这一过程 , 直至进入阶段 。
径向交会有利有弊 飞船为什么不从侧面对接空间站?
除了利用停泊点从前、后方向接近空间站直至最后对接 , 飞船也可以从空间站下方 , 沿地球半径方向向上接近空间站至对接 。
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