2021年10月16日 , 神舟十三号载人飞船成功发射并完成我国首次径向交会对接 。
径向交会的两个航天器保持在同一轨道面内 , 从能量消耗及最终的对接条件来说仍然是较为理想的 。 径向交会让空间站在不改变飞行姿态的情况下 , 增加了接纳来访飞行器的能力 。 同时 , 得益于干净的太空背景 , 径向交会过程中飞船向上观测空间站条件好 。
径向交会的难点也是轨道规律带来的 。 因为飞船始终低于空间站 , 无法利用轨道角速度特性实现被动停泊 , 若需停泊就得使用燃料持续控制 。 此外 , 径向交会时飞船处于头冲天、尾向地的“直立”姿态 , 地球敏感器、测控天线等适应与地面平行飞行常规姿态的设备布局 , 需要专门设计或调整 。
同一轨道面内的前、后、径三个方向是空间站接纳来访飞行器的常用端口 , 也是目前在轨飞行的天舟二号、天舟三号和神舟十三号在空间站中的对接方向 。 在前文阐述的轨道规律四中 , 已经说明了通常不直接进行侧向对接的原因 。 侧向交会对接两飞行器处于不同轨道面 , 两个轨道面的交点处相对速度最大 , 如实施交会对接控制难度大且安全性不佳 , 因此 , 舱段需要最终连接至侧向对接口的话 , 一般是先前、后或径向对接 , 然后在机械臂或转位机构的辅助下“搬家”到侧向 。
从两天到6.5小时 快速交会是怎样实现的?
2021年6月17日 , 神舟十二号载人飞船与天和核心舱形成组合体 , 交会对接全程时长从过去我国载人飞船通常需要的两天左右缩短至6.5小时 。
交会过程快 , 就是要在尽可能少的飞行圈次内 , 在很少的几个轨道特征点上完成所需的交会变轨 。 因此 , 规划的变轨次数少、轨控之间的间隔短 , 才能有效缩短交会时间 。 这又对其他条件提出了要求:
(1)火箭入轨精度高 。
由于需要调整修正的量小 , 不必规划太多的轨控次数 。
(2)测定轨实时精确 。
在北斗全球导航系统的支撑下 , 此条件已实现 。
(3)实时轨控规划与计算精准 。
在北斗提供实时精准测定轨的前提下 , 要么飞船的船载计算机运算能力足够高 , 能够自主进行规划和轨控;要么地面注入轨控参数时段宽裕 , 注入时刻不构成约束 。
(4)轨控精度足够高 。
不会产生新的偏差项 , 且偏差足够小 , 不超过规划的调整能力 。
因此 , 快速交会的实现是由地面、运载火箭、飞行器、导航与中继卫星等等构成的大系统整体能力提升与协同保障的结果 。
知多D
有“法国范”的交会对接
两个航天器于同一时间、在轨道同一位置、以相同速度和姿态会合并在结构上连为一个整体 , 被称为交会对接 。 这是建设中国空间站的关键技术 , 是实现“1+1=1”的前提 , 也是航天器在轨运行中最复杂的技术之一 。 它分为交会、对接两个阶段 , 英文为Rendezvous and Docking(RVD) 。
Rendezvous源自法语 。 有国外同行在交流中告诉笔者 , 他们在日常口语中也会用rendezvous表达跟谁在哪儿会合 , 但一定是到一个比较远的地方 , 至少是另一个城市或城市的另一端;去隔壁房间碰个头 , 算不上rendezvous 。 由此看来 , 交会对接就是指航天器不远千万里地会合、然后连接装配在一起 。
当两个航天器合为一体 , 交会对接完成 。 而这一切的帷幕在火箭发射之前已然开启 。 空间上 , 交会对接所包含的元素远远超越对接航天器本身;时间上 , 它是由多个动态步骤依次构建的过程 。
统筹:周全 来源:新华社
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