太空上演“梦天之吻” 再秀神技“万里穿针”
无垠宇宙中,“太空之吻”再次上演。这一次的主角是刚刚飞向太空的梦天实验舱,以及中国空间站组合体。
北京时间10月31日15时37分,梦天实验舱搭乘长征五号B遥四运载火箭,在我国文昌航天发射场成功发射。这是中国空间站第三个舱段,也是第二个科学实验舱。
约13个小时后,专属于航天的浪漫时刻来了。11月1日4时27分,梦天实验舱大秀“万里穿针”神技,成功对接于中国空间站天和核心舱前向端口——此刻,“梦天”“天和”实现“梦天之吻”,标志着我国空间站在轨建造任务又迈出了坚实一步。
中国航天科技集团五院502所空间站实验舱主任设计师宋明超介绍,这次梦天实验舱与3个月前发射的问天实验舱个头差不多,但交会对接的过程却是“难上加难”。
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,这是载人航天活动的三大基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件,复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高,其难度被形象地称为“万里穿针”。
宋明超告诉记者,梦天实验舱入轨后,太阳与轨道夹角较大,太阳帆板发电能力弱,能源紧缺,如果不能在规定的时间内完成交会对接,就需要中断自主交会对接过程,紧急调整“梦天”的姿态,使其连续对日定向来保证能源的供应。
“梦天之吻”的第二个“难”在于,“问天”交会对接时,空间站组合体是只有天和核心舱一个舱段的对称构型,“梦天”交会对接时,空间站组合体是“L”字形的非对称构型,这大大增加了空间站在轨姿态控制的难度。
宋明超说,“L”构型的组合体质心发生了较大的横向偏移,增加了轨道控制和姿态控制之间的关联,组合体自身控制难度加大,再加上“梦天”接近组合体时需要开启反推发动机减速,发动机的羽流会干扰组合体的姿态,此时实现“梦天之吻”变得更难。
此次成功驾驭空间站组合体和梦天实验舱完成“梦天之吻”的“幕后利器”,是由中国航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制(GNC)系统。
问天实验舱GNC分系统副主任设计师宋晓光说,为成功上演“太空之吻”,设计团队为“梦天”特别定制交会对接任务故障预案,并开展大量的预演预判和试验验证工作。交会对接过程中,GNC系统精准识别实验舱和组合体的相对距离及相对姿态,通过一点点接近,最终实现了高精度交会对接。
“梦天”“问天”和“天舟”尽管都是“天”字辈,但是它们的“太空之吻”各有特点。宋明超介绍,由于“梦天”和“问天”的使命任务更相近,“梦天”采取和“问天”同样的快速交会对接方案,即半自主交会对接。这和“天舟”的全相位全自主快速交会对接不同,全自主的方案更智能,半自主的方案更灵活。
同为快速交会对接,“梦天”的交会对接时长为何比“天舟”多出几个小时?宋明超表示,和“问天”一样,“梦天”在启动6.5小时快速交会对接前,需要对自身状态、姿态和相对位置等进行确认,完成准备工作后,“梦天”才开始正式向天和核心舱进发,实现交会对接。
此外,和“问天”交会对接之后断电不同,梦天实验舱由于很快就要实施转位操作,完成交会对接后,GNC系统控制器将在不断电的情况下静候下一步操作。
“‘梦天’的顺利交会对接,再一次证明了中国交会对接技术的可靠性。每一次成功的背后都是科研人员的默默奉献和严慎细实的珍贵成果,但每次成功都只能代表过去,就像‘梦天’的交会对接不可能是‘问天’任务的简单复制,依然需要如临深渊如履薄冰,该有的预案一个不能少,该有的准备一项不能落。”宋明超说。
后续,将按计划实施梦天实验舱转位,梦天实验舱将与天和核心舱、问天实验舱形成空间站“T”字基本构型组合体。宋明超很期待,中国空间站基本构型不久之后亮相太空。
本报北京11月1日电
中青报·中青网记者 邱晨辉 来源:中国青年报
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