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神八進自主控制 中國首次空間交會對接即將實施

發佈時間:2011年11月02日 23:19 | 進入復興論壇 | 來源:中國新聞網


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  北京時間11月1日清晨5時58分07秒,中國“長征二號F”遙八運載火箭在酒泉衛星發射中心載人航天發射場點火發射。北京航天飛行控制中心工作人員密切關注神八發射情況。北京航天飛行控制中心是神八發射活動的“中樞”,密切監視著神舟八號的運行。

  中新網11月2日電 2日23時08分,神八飛船和天宮一號建立起了穩定的空空通信,飛船開始自主控制,進入自主控制段。中國首次空間交會對接進入正式實施階段。根據飛行方案,神八自主導航飛行過程約144分鐘,其後,與天宮一號在同一時刻以同樣的速度到達同一個地點順利交會,兩個飛行器參數滿足對接的初始條件後,飛行器就將停止控制,讓它們根據慣性進行碰撞,整個對接過程一共大約需要十分鐘時間。

  北京航天飛行控制中心2日透露,北京時間2日17時05分,神舟八號飛船在飛行第24圈時成功實施第5次遠距離導引變軌,完成了交會對接準備。通過實施第5次遠距離導引變軌,北京航天飛行控制中心科研人員對飛船運行軌道進行了精確組合修正,使其進入距地面高度約330公里的近圓軌道,與天宮一號處在相同軌道面的交會對接點上。神舟八號自11月1日發射入軌以來,分別在第5圈、13圈、16圈、19圈實施了4次變軌控制。

  中國首次空間交會對接即將展開

  空間交會對接技術是指兩個航天器在空間軌道上會合併在結構上連成一個整體的技術。空間交會對接技術包括空間交會對接軌道設計技術、軌道交會控制技術、對接機構設計技術、空間交會對接測控技術等。廣泛用於空間站、空間實驗室、空間通信和遙感平臺等大型空間設施在軌裝配、回收、補給、維修以及空間救援等領域。目前為止,只有美國和俄羅斯掌握完整的交會對接技術,歐洲的ATV和日本的HTV在交會對接技術方面分別得到了美國或俄羅斯的技術支持。

  中國首次交會對接為無人自動交會對接試驗,對接目標飛行器為天宮一號,追蹤飛行器為神舟八號飛船。

  9月29日發射升空的天宮一號,是全新研製的載人飛行器,全長10.4米,最大直徑3.35米,起飛質量約8.5噸,設計在軌壽命2年。由實驗艙和資源艙構成,實驗艙有效使用空間約15立方米,可滿足3名航天員在艙內工作和生活需要,前端安裝被動式對接機構,可與飛船實現對接。資源艙為空間飛行提供動力和能源。

  神舟八號飛為改進型載人飛船,沿用返回艙、推進艙和軌道艙三艙結構,全長9米,艙段最大直徑2.8米,起飛質量8082千克。增加了微波雷達、激光雷達、CCD敏感器等交會測量設備,以及主動式對接機構,具備自動和手動交會對接與分離功能。對接機構採用導向板內翻式的異體同構周邊式構型,對接後可形成0.8米的航天員轉移通道。

  根據方案,交會對接飛行過程分為遠距離導引段、自主控制段、對接段、組合體飛行段和分離撤離段。

  遠距離導引段自神舟八號飛船入軌後開始,在地面測控通信系統的導引下,神舟八號飛船經五次變軌,從初始軌道轉移到330千米的近圓軌道,在距天宮一號目標飛行器後下方約52千米處,與天宮一號目標飛行器建立穩定的空空通信鏈路,開始自主導航。

  自主控制段經歷尋的、接近和平移靠攏三個階段,神舟八號飛船通過交會對接測量設備,自主導航至與天宮一號目標飛行器接觸,自主控制飛行過程約144分鐘。

  對接段從對接機構接觸開始,在15分鐘之內完成捕獲、緩衝、拉近和鎖緊四個過程,最終實現兩飛行器剛性連接,形成組合體。

  組合體飛行段由天宮一號目標飛行器負責組合體飛行控制,神舟八號飛船處於停靠狀態。組合體飛行12天左右,擇機進行第二次交會對接試驗。

  交會對接八大步驟

  據介紹,兩個航天器在太空的交會和對接是兩個不同過程。當“神舟八號”和“天宮一號”在同一時刻以同樣的速度到達同一個地點順利交會,兩個飛行器的速度、位置、姿態、偏差等11個參數滿足對接的初始條件後,飛行器就將停止控制,讓它們根據慣性進行碰撞,整個對接過程一共大約需要十分鐘時間。

  對接過程分為8個步驟:

  第一步是“相撞”。在慣性作用下,8噸重的“神舟八號”與8.6噸重的“天宮一號”以每秒0.2米左右的速度進行相撞,當“神舟八號”上的主動對接機構碰撞上“天宮一號”上的被動對接機構,對接過程正式開始。

  第二步是“捕獲”。當“神舟八號”主動對接機構上的對接環,接到失衡傳感器發出對接指令信號後,6根滾珠絲桿就會向外推出200多毫米,對接環上安裝的3對捕獲鎖,撞到“天宮一號”被動對接機構相對應的卡板器,就會被牢牢卡住。

  第三步是“緩衝”。“神舟八號”對接環受到撞擊後,將會通過一套傳動機構,聯向對接機構上的摩擦自動器和電磁阻尼器,分別吸收縱向和橫向的撞擊能量,進行緩衝。碰撞、捕獲、緩衝三個步驟共需要大約60秒時間。

  第四步是“校正”。當“神舟八號”成功捕獲“天宮一號”並實施緩衝後,“神舟八號”對接環的6根滾珠絲桿繼續往外推至300毫米,同時對兩個航天器的姿態、位置和偏差等進行強行校準,校準時間約需80秒。

  第五步是“拉近”。校準後,“神舟八號”對接環的6根滾珠絲桿緩緩收縮,將兩個飛行器“拉近”,這一過程約需240秒。

  第六步是“拉緊”。“神舟八號”和“天宮一號”的對接面上,分別安裝了6組共12把對接鎖,每把對接鎖的拉力達3噸。當兩個飛行器被拉近後,兩個對接面的12把對接鎖一一相扣。

  第七步是“密封”。兩個飛行器拉緊後,對接機構上的驅動電機將帶動鋼絲繩系統,將兩個連接器面上的密封圈壓縮,保持密封。

  第八步是“剛性連接”。通過對接鎖使兩個連接器貼合,實現“剛性連接”,將兩個航天器組合成一體。拉緊、密封和剛性連接共需220秒。

  “神舟八號”和“天宮一號”實現剛性連接後,將通過制動控制系統,接通兩個航天器的電氣液路通道,進行信息和能源並網。“神舟八號”上的航天員和貨物通過直徑800毫米的人孔通道進入“天宮一號”。連接後的“組合航天器”由天宮一號控制,“神舟八號”處於停靠狀態,但如果出現故障,“神舟八號”則可以立即進行“替補”。

熱詞:

  • 交會對接
  • 對接機構
  • 交會測量
  • 空間實驗室