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“你只管飞,我会找到你!” ——“天舟一号”全自主绕飞技术揭秘

时间:2017年06月22日 信息来源:中国航天科技集团 点击: 【字体:

不久的将来,我国将建成自己的空间站。空间站建成后重量将近百吨,当有飞船造访进行交会对接时,不可能为了迎合飞船而大幅度调整姿态,只能是飞船说“你别动,我去找你!”——全自主绕飞是为飞船自动寻找空间站对接口而发展的技术。天舟一号货运飞船绕天宫二号的全自主绕飞就是为了验证该项技术。

天舟一号货运飞船从海南文昌航天发射场发射升空后,首先与天宫二号进行了第一次重要的拥抱合体,通过交会对接完成了万众瞩目的推进剂在轨补加,随后天舟一号撤离天宫二号,伴随着天宫二号180度转向,通过全自主绕飞,加速赶到天宫前方,从“前”侧与天宫二号进行了第二次的对接。

绕飞是一种高难度的太空工作,需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成。绕飞主要应用于空间站多个舱段组装、或是载人飞船(货运飞船)已经在某个对接口,需要腾空对接口时,绕飞技术需要确保航天器能从多个方向与空间站对接,是交会对接技术的进一步发展,是空间站建造和运营的关键技术之一。此次货运飞船的绕飞以及在绕飞基础上的交会对接可谓一次成功探索,将为空间站建设奠定积累更多的经验和数据,为未来复杂对接做准备。

与神舟十号载人飞船在地面人员支持下进行的绕飞不同,此次货运飞船绕飞过程中的制导、调姿及进入5千米保持点均是船上软件自主规划完成,即当绕飞指令发出,飞船上制导导航与控制系统的计算机便开始自主规划绕飞轨迹,自主进行变轨控制,自动进行姿态机动,不需要地面人员干预,可谓“聪明”和“自立”了很多,这种全自主不仅大大减轻了地面支持人员的工作强度,更重要的是可以实现测控区外的自主绕飞。

“如果把神舟十号的绕飞比作是‘领着’小朋友学走路,那么此次货运飞船的绕飞则是‘看着’小朋友自己走路。”货运飞船副总设计师张强说。

空间绕飞,精彩但暗含巨大风险,两个重达十几吨的飞行器在以每小时29万千米的高速飞行过程中下完成“上下绕圈”和“翻跟斗”,其最大的风险就是碰撞,所以,要求两者的轨迹和姿态必须精准受控。除了要避免碰撞,“全自主”还需要规划出最优的绕飞轨迹,“自主”完成在特定位置的变轨控制,在预定的时间点到达预定的位置,以消耗尽量少的燃料。

同时,飞船还要根据目标飞行器的状态进行协同控制,包括相对位置、相对速度、相对姿态、相对角速度等,所有因素都必须“完美”。

绕飞就好比一场美妙的“空中芭蕾”,超高的可靠性和安全性,高可靠的控制系统产品以及具有自主故障诊断和系统重构能力的智慧软件……这一切,都是科研人员拼搏奋斗的结晶,也是这一场芭蕾精密、强大的后台!


(作者:刘欢)
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