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京報揭航天器空間如何「一吻」


http://news.wenweipo.com   [2011-09-21]    我要評論
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圖表:天宮一號9月27日—30日擇機發射

技術解析:「桿-錐」式對接機構

對接機構是把兩個航天器合二為一的「紐帶」,具有關節的作用。目前常用的主要有「桿-錐」式和「異體同構周邊」式。

「桿-錐」式對接機構由「桿」和「錐」兩部分構成,前者為主動,裝在追蹤飛行器上,「錐」為被動,裝在目標飛行器上。對接時桿插入錐內,然後錐將桿鎖定,接著拉緊兩個航天器,最終鎖定兩個對接面完成對接。

「桿-錐」式的優點是結構簡單,質量較輕。其缺點是對接機構全部安裝在航天器殼體內部,對接後佔據較大內部空間,其承載能力也比較低。另外,在應用中需要主、被動兩種機構成對使用,不具有異體同構性,通用性差。

蘇聯人完成了無人對接

回首二:1967年10月30日,蘇聯先後發射了2艘不載人的聯盟號飛船——宇宙-186、188,成功進行了世界上第一次無人航天器自動交會對接。其中宇宙-186為追蹤飛行器,宇宙-188為目標飛行器。它們採用「針」模擬測量系統和無通道的「桿-錐」式對接機構。

1967年10月27日,宇宙-186率先上天;同年10月30日,宇宙-188被發射到距宇宙-186相差24千米的軌道上。此後,先通過地面站的導引指令,使宇宙-186進行交會機動,並進行姿態調整,宇宙-188也進行姿態調整,保持與宇宙-186的相對指向。接著,這2艘飛船啟動「針」模擬測量系統,即用雷達和計算機系統測量彼此之間的相對距離、相對速度、相對角速度、相對方位角,並逐漸接近。當相對距離為350米、彼此之間的相對速度降到2米/秒時,進入最終逼近階段。在最終逼近階段,宇宙-188利用姿態控制推力器保持與宇宙-186同軸,宇宙-186伸出可伸縮的對接探桿,插到宇宙-188的接納錐中,實現對接。

 技術解析:手動控制和自動控制

航天器空間交會對接技術的實施必須由高級控制系統來完成,根據航天員及地面站的參與程度可將控制方式劃分為如下四種類型:

(1)遙控操作:追蹤航天器的控制不依靠航天員,全部由地面站通過遙測和遙控來實現,此時要求全球設站或者有中繼衛星協助。

(2)手動操作:在地面測控站的指導下,航天員在軌道上對追蹤航天器的姿態和軌道進行觀察和判斷,然後動手操作。

(3)自動控制:不依靠航天員,由船載設備和地面站相結合實現交會對接。該控制方法亦要求全球設站或有中繼衛星協助。

(4)自主控制:不依靠航天員與地面站,完全由船載設備自主實現交會對接。

從本質上說,上述分類可歸結為人工控制方式或自動控制方式。

用手動控制來完成空間交會對接成功率高,但缺點是工作時間長,從幾個小時到幾天,而且勞動強度很大,此外還受空間環境條件(如光照)的嚴格限制等。用自動控制來完成空間交會對接不需考慮人員的安全和救生問題,但需要分佈很廣的地面站或中繼衛星,花費巨大。

兩個擬交會對接的航天器在相距較遠時一般都採用自動控制,在相距較近時,美國採用手動控制,俄羅斯仍採用自動控制,只有在自動控制失敗時才採用手動控制。這可能是由於其地理位置決定的,俄羅斯橫跨歐亞大陸,因此可以滿足自動控制中地面站數量的要求,美國則達不到這樣的條件。

未來的發展趨勢是人工控制和自動控制相結合,以提高交會對接的靈活性、可靠性和成功率。



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      責任編輯:陳大雪
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