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[导读]据中国载人航天工程办公室消息:北京时间2022年1月8日7时55分,经过约2小时,神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下,在空间站核心舱内采取手控遥操作方式,圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。

  手控遥操作是航天科技集团五院专为无人来访飞行器研发的功能,是飞船制导、导航与控制系统的一部分。航天科技集团五院相关负责人介绍,该功能和神舟载人飞船的手控交会对接类似,手控遥操作交会对接,是对“天舟”货运飞船自动交会对接的备份手段。手控遥操作交会对接作为空间站与来访飞行器交会对接的重要模式,此次试验,是首次由航天员在轨利用手控遥操作设备,控制货运飞船与空间站进行交会对接,初步验证了空间站与来访飞行器手控遥操作系统的功能、性能以及天地间协同工作程序的合理性。

  航天员坐在空间站核心舱里,即可远程“驾驶”货运飞船与空间站进行对接。全程,航天员的视角是从飞船“看向”空间站的,仿佛坐在货运飞船里。航天员面对的仪表系统、操作手柄等,与此前神舟飞船实施的两次手控交会大同小异,最大限度减小了航天员的训练难度,减轻了操作、识别负担。试验开始后,天舟二号货运飞船从核心舱节点舱前向端口分离,航天员通过手控遥操作方式,控制货运飞船撤离至预定停泊点。短暂停泊后,转入平移靠拢段,控制货运飞船与空间站组合体精准完成前向交会对接。

  与载人飞船的手控交会对接相比,货运飞船的手控遥操作有着自己的难点和特点。在操作的响应速度和运动的敏捷性上,载人飞船与货运飞船的区别,就如同开轿车和开货车。其原因有二,一是货运飞船的手控遥操作需要把货运飞船摄像机“看到”的图像传到空间站,空间站上的航天员再将指令传回货运飞船,一来一回,就造成了航天员反应和执行指令的延时;二是货运飞船要比载人飞船重,平移加速度小,因此动作不敏捷。

  在前期的探索实践中,我国已经进行多次空间交会对接试验,解决了空间交会对接的问题,掌握了交会对接全自动控制技术及飞船航天员手动控制技术。神舟九号航天员刘旺在太空打出一个漂亮的“十环”,证明了我国航天员具有高超的、世界一流的手动操作水平与优秀的心理素质。此后的例行飞行中,交会对接采用自控为主、手控为辅的方式,以减轻航天员的负荷。在自动控制出现故障的情况下,或遭遇突发事件时(如面临轨道碎片碰撞危险),航天员将手动介入,执行飞行命令。

   对接机构设计的最基本原则是在保证机构具备所要求的功能的同时,还要有高可靠性和尽可能小的重量,因此国际上一般应用远距离采用自动和近距离采用手动与自动相结合的方案,这样既比较安全可靠又能保证足够精度,并实现软对接。当最终逼近阶段的自控飞行范围不易掌握时,采用人工控制后可提高任务成功率。

  神舟八号是第一艘做对接技术的飞船,送入轨道后2天后成功与天宫一号对接;神舟九号也是进入轨道后2天与天宫一号对接;神舟十号、神舟十一号也是进入轨道后2天才与天宫二号对接。

  之前的多次对接,都是航天器升上轨道后2天后才进行对接的,而神舟十二号是升到轨道后6.5小时就直接与天宫空间站天和核心舱对接了。从2天到6.5小时,这是技术的巨大发展和进步。

  交会对接是指两个航头站在轨道中合并成一个整体飞行的技术,是建设空间站的必须技术,涉及到建设、航天员入驻和货运等服务。交会对接可分为人工控制或者自动控制。

  人工控制主要是由航天员控制,地面控制站辅助方式进行;而自动控制是由航天器控制系统根据收集到的数据控制速度和方向进行交会对接。神舟八号是无人飞行任务,所以主要测试的是自动对接技术,而神舟九号是首次载人交会对接,在自动交会对接后,也测试了航天员手动对接。

  交会对接是航天器发射到比目标航天器低一点的轨道,然后通过变轨和目标航天器同一轨道并靠近,根据距离和设备收集的信息,开始控制速度和方向与目标航天器连接。

  之前需要2天时间才能开始对接,主要是需要时间变轨和轨道方面的计算,所以需要飞船围绕地球运行多个次数,根据时机变轨接近天宫一号和天宫二号。而自动快速交会对接,就是在变轨阶段飞船就开始通过相关信息,包括北斗导航系统提供的位置信息,天宫空间站天和核心舱的轨道和速度,并且设备提供的速度信息,开始智能计算和导航靠近天和核心舱。节省的就是这段时间。

  空间交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术,是实现航天站航天飞机、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。它是载人航天活动的三大基本技术之一。
  交会对接过程包括四个阶段,同时根据航天员介入的程度和智能控制水平可分为四种操作方式。
1、地面发射追踪航天器,由地面控制,使它按比目标航天器稍微低一点的圆轨道运行;
2、通过霍曼变轨,使其进入与目标航天器高度基本一致的轨道,并与目标航天器建立通信关系;
3、追踪航天器调整自己与目标航天器的相对距离和姿态,向目标航天器靠近;
4、当两个航天器的距离为零时,完成对接合拢操作,结束对接过程。

交会对接技术未来发展

  在突破和掌握近地轨道长期有人驻留和有人参与近地空间应用等相关技术的基础上,载人登月、载人小行星探测、载人火星探测等载人深空探索活动成为国际上重要发展方向,而交会对接技术是实现未来载人深空探索任务的重要手段。交会对接技术还需进一步发展,包括有效和经济的交会对接系统策略、权衡使用自主和有人控制方法、发展先进敏感器技术和发展交会对接机构等,以满足未来任务的需求。

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