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        两千公里太空追逐,北斗导航助力天舟二号快速

        两千公里太空追逐,北斗导航助力天舟二号快速交汇对接!

        2021年5月30日5时01分天舟二号货运飞船与天和核心舱后向端口对接完成,并转入组合体运行阶段。此时天宫空间站在轨规模由20吨级升级至30吨级,标志着我国载人航天事业又一全新节点的到来。

        天和核心舱视角看天舟二号对接

        从29日20时55分点火起飞至30日5时01分完成交会对接,历时8小时6分钟,整个对接过程十分顺畅,比预定对接时间更早,这是因为事先准备的时间余量完全用不上。

        天舟二号入轨时刻与天和核心舱的距离大致是2000公里,经过两圈飞行后抵达天和核心舱后方约50公里处,这是“远距离导引段”。

        天舟二号与长征七号遥三火箭分离

        紧接着就是寻的段飞行,经过半个周期飞行后抵达天和核心舱后方5公里停泊点。由此再接近至400米处是接近段,至200米处直至对接环接触前是平移靠拢段。寻的段、接近段、平移靠拢段统称为“自主控制段”。

        平移靠拢段

        天舟二号对接环与天和核心舱后端通道对接环接触开始进入“对接段”,期间完成捕获、缓冲、拉近、锁紧四个节点任务,进而形成组合体刚性连接。

        交会对接靶标 此次交会对接被认为是全自主交会对接方案的首次实战任务应用,因为早在4年前天舟一号就曾与天宫二号空间实验室进行过快速交会对接技术验证任务,顾名思义那次只是一次技术验证任务,并不是由发射起飞到对接的完整任务流程。

        天舟一号货运飞船

        那么,什么是全自主快速交会对接呢?国际上联盟系列与进步号两型飞船也曾数次执行快速交会对接任务,其中联盟飞船更是创造了3小时快速对接纪录。他们的快速交会对接与我们相比又有什么不同呢?

        联盟系列与进步号应用的快速交会方案离不开地面引导干预,而天舟号货运飞船率先提出基于绝对定位数据的快速交会对接自主导航与制导方案,解决了依靠地面定轨、计算、注入时 间长难以实施快速交会对接的难题。

        天舟二号发射入轨约半小时后于当夜九点四十分左右进入全自主模式,并随即展开了第一次自主变轨,整个对接过程总计实施了6次自主变轨。

        天和核心舱机械臂清晰可见

        载人航天工程副总设计师王忠贵披露,这一次是我们第一次采用自主快速交会对接,那么这次的成功就意味着我们突破了这个自主快速交会对接技术,以后不论是货船还是载人船都将成为一种常态采用这种技术。这次的成功为我们接下来的神舟12号载人飞船奠定了非常好的基础,那么正常情况下,我们神舟十二也要采用这种方式进行快速交会对接,这对航天员来说是非常好的,时间缩短了,不用在飞船上等两天了,6个小时就可以到达它的目的地。

        实际上四年前天舟一号验证的就是4次变轨6.5小时快速交会对接技术,由于那次发射并不是完整的技术验证,而且远距离导引还需要地面干预。

        从天舟二号看天和核心舱

        天舟二号与之相比自主能力进一步增强,添加了远距离自主导引功能,此项功能得以实现的关键在于北斗导航系统辅助近地轨道航天器获取空间位置信息的能力,由卫星导航系统提供天舟二号与天和核心舱的实时位置信息,进而实现远距离、全自主的导航计算与制导控制。

        北斗卫星导航系统

        既然是新技术进一步的实战任务验证就是必要的,因此在自主变轨次数的设计上就要尽量保守一些。变轨次数越少越精准,对接耗时才能更短。随着后续任务陆续铺开,全自主交会对接的用时也会越来越短。

        有了全自主交会对接技术后地面测控人员干什么呢?此时他们的职责主要是监视,通过天舟二号与天和核心舱天基测控天线与天链中继卫星形成星间链路,进而将对接过程信息完整地实时传输给指控中心。

        天舟二号中继通信天线

        以往神舟载人飞船、联盟系列载人飞船,包括当下SpaceX公司最新型的载人龙飞船应用的也依旧是48小时交会对接方案,那么为什么我们要选择全自主快速交会对接,它有哪些优势呢?

        此前笔者文章曾多次提到航天员微重力环境适应综合征,此症状会在入轨约6小时后逐渐加重,48小时后症状消失,而交会对接必须有航天员手动控制备份自动交会对接,因此48小时交会对接成了首选方案。

        载人龙飞船

        快速交会对接就是要抢在微重力环境适应综合征恶化之前进行交会对接,此时航天员的身体状态良好。

        除此之外,快速交会对接还可以运输时间敏感性货物,还有当空间站出现紧急状况时飞船可以应急快速发射,在最短时间内获取补给物资。

        天舟二号推进舱4台490N轨控发动机

        天舟二号货运飞船应用的异体同构周边对接机构属于第二代产品,对比第一代产品的撞击能量可承受力更强,空间交会对接的本质实际上是靠弱撞击实现对接环的对接,目标飞行器规模越大撞击能量就越强。

        异体同构周边对接装置

        天宫一号与天宫二号两座空间实验室皆为8吨级航天器,因此第一代异体同构周边对接机构只需适应8吨级撞击能量即可完成任务。而现在这种情况不复存在,天宫空间站三大主要舱段加上神舟载人飞船的规模将是天宫二号空间实验室的9倍有余,而且接下来天宫空间站还有二期拓展任务需要,因此新一代对接装置的撞击能量指标直接对标180吨级空间站最大构型。

        对接测试

        对接机构研发团队提出了可控阻尼器控制的原始创新思路,可以缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量,在经过544次仿真分析和317次地面试验后,阻尼器的各项功能和性能指标得到了充分验证,天舟二号对接任务的旗开得胜证明了此项技术升级的正确性。

        天舟二号作为天和核心舱迎接的第一位嘉宾,它基于全球领先的载货比与运力,带来了品类丰富的各类物资,既有补充天和核心舱资源舱的补加推进剂,也有航天员的生活物资,还自备2700瓦供电能力,在紧急关头可以向核心舱供电。除此之外还有两套舱外航天服,以及相关平台物资与应用载荷。

        天和核心舱

        半个多月后神舟12号载人飞船也将应用快速自主交会对接方案,与天和核心舱前向对接口对接,由此天宫空间站将形成一字形构型。

        天宫空间站视角看地球

        待神舟12号载人飞船乘组进入天和核心舱后航天员还将实施“遥操作对接技术试验”,我们都知道天舟货运飞船是无人飞船,全程都依靠自动交会对接模式,但如果在最后的自主控制段出现意外后果也是不堪设想,遥操作对接旨在让航天员在空间站内遥控来访飞船对接,与自动对接模式形成备份。

        在天宫空间站看日出

        随着天宫空间站工程驶入深水区,越来越多的人认识到它没有走过去任何一座空间站的老路,而是新时代科技前沿的集大成者。更需要强调的是天宫空间站的每一个舱段、每一艘飞船、每一个分系统、每一个单机、每一个芯片都实现了100%的国产化与自主可控。

        天和核心舱

        航天事业自上世纪五十年代创业以来就一直坚持走独立自主的发展路线,是几代人的努力付出造就了这盛世伟业。

        如果看完上文,想必朋友们应该明白"「股票月涨幅榜」两千公里太空追逐,北斗导航助力天舟二号快速"了吧?已经在上文为大家做出了讲解,相信大家在看完上文之后一定能够明白了吧

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