為何夢天對接比天舟用時長了1倍?
2022-11-01
來源:中國航天報
11月1日4時27分,天和核心艙組合體在數百公里外的太空,與來自地球的“夢天”完美對接,過程穩定并保持了高精度,再次完美上演“萬里穿針”神技,整個交會對接過程歷時約13小時,標志著我國空間站全面建成任務又邁出了堅實一步。
此次成功駕馭空間站組合體和夢天實驗艙實現“夢?天之吻”的幕后神兵,就是由航天科技集團五院502所研制的制導導航與控制(GNC)系統。
實現“夢?天之吻”
須戰勝兩大難關
五院502所空間站實驗艙主任設計師宋明超介紹:“夢天實驗艙與3個月前發射的問天實驗艙個頭差不多,但是交會對接過程卻是‘難’上加‘難’。為了解決‘兩大難點’, 制導導航與控制(GNC)系統在其中發揮了重要作用?!?/p>
“夢?天之吻”的第一個難也是此次交會對接任務的最大危險點,就是夢天實驗艙太陽翼發電量不足以補足耗電量,能源緊張,如果不能在規定的時間內完成交會對接,就需要中斷自主交會對接過程而緊急調整“夢天”的姿態,使其連續對日定向來保證能源的供應。
為此,相較于“問天”,五院的技術人員為“夢天”特別定制了交會對接任務故障預案,形象來說,就是將各種可能發生的故障,充分體現在故障樹上,通過開展大量的預演預判和試驗驗證工作,確保故障止于預想、不留缺憾。
“夢?天之吻”的第二個難,在于“問天”交會對接時組合體是只有天和核心艙的對稱構型,而“夢天”交會對接時組合體是“L”字形的非對稱構型,這顯著增加了空間站在軌姿態控制的難度。
一是“L”構型的組合體質心發生了較大的橫向偏移,增加了軌道控制和姿態控制之間的關聯,組合體自身控制難度加大。
二是在“夢天”接近組合體時需要開啟反推發動機減速,發動機的羽流會干擾到組合體的姿態,此時實現“夢?天之吻”變得更難。
不過,在五院技術人員的“精心指導”下,夢天實驗艙制導導航與控制(GNC)系統精準識別了實驗艙和組合體的相對距離及相對姿態,通過一點點接近并最終實現了高精度的交會對接。
“天”字輩的不同方案
令“太空之吻”更精準
“夢天”“問天”和“天舟”盡管都是“天字輩”,但是它們的“太空之吻”卻各有特點。因為“夢天”和“問天”的使命任務更相近,所以,“夢天”裝備的也是和“問天”類似的基于地面脈沖計算的快速交會對接方案,即半自主交會對接。
這和“天舟”的全相位全自主快速交會對接不同,全自主的更智能,半自主的更靈活。
不過,“夢天”約13小時交會對接方案和“天舟”的6.5小時快速交會對接方案并沒有什么大不同,多出的幾個小時,是和“問天”一樣,“夢天”在啟動6.5小時快速交會對接前需要對自身狀態、姿態和相對位置等進行確認,如對系統、產品進行在軌測試和設置,包括太陽翼的展開、平臺設備的測試等。
當這些準備工作完成后,“夢天”才開始正式向天和核心艙進發并實現交會對接。
“夢天”的順利交會對接再一次證明了中國交會對接技術的可靠性,但連續的成功也影響了全國人民對航天高風險的認識。
航天是高風險事業,每一次成功的背后都是科研人員的默默奉獻和嚴慎細實的珍貴成果,每次成功都只能代表過去,就像“夢天”的交會對接不可能是“問天”任務的簡單復制,依然需要如臨深淵如履薄冰,該有的預案一個不能少,該有的準備一項不能落。
和“問天”交會對接之后斷電不同,“夢天”實驗艙交會對接后,因為要很快實施轉位操作,GNC系統控制器將在不斷電的情況下靜候下一步操作。期待不久之后的轉位,空間站“T”字基本構型組合體亮相太空!