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 4個航天器組成「T」字  神舟十三號完成徑向交會對接首秀

4個航天器組成「T」字 神舟十三號完成徑向交會對接首秀

責任編輯:楊眉 2021-10-16 09:21:12 來源:中新社

 16日6時56分,凌晨剛發射的神舟十三號載人飛船與49噸級的中國空間站組合體成功進行自主快速徑向交會對接,過程歷時約6.5個小時,「神舟十三號」「天舟二號」「天和核心艙」「天舟三號」4個航天器由此形成「T」字組合體。

 中國航天首次徑向交會對接

 中國是繼美、俄後,世界上第三個獨立掌握交會對接技術的國家。交會對接,是兩個航天器(飛船、空間實驗室、空間站等)在空間軌道上會合,並在結構上連成一個整體的技術。只有突破交會對接技術,才能開展空間站的建設,提供物資運送對接、人員天地往返等。

 從2011年首次亮相至今,中國航天的交會對接技術已經走過了整整10年。10年間,中國成功實施15次(含神舟十三號載人飛船本次對接)精準可靠對接,經歷了從無人到有人、從自動到手控、從幾天到6.5小時、從軸向對接到徑向對接的創新突破。

 「神舟八號」以來,中國5艘飛船與目標都是軸向對接,而此次是首次徑向交會對接,徑向與軸向的夾角呈90度。

 與以往歷次任務中的軸向對接相比,徑向對接的初始條件更加苛刻,為此,研製團隊全面分析對接工況,有效消除徑向對接過程中可能出現的各項風險,確保實現90度的「穩」。

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 神舟十三號載人飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接

   徑向交會對接有「三個難」

 為確保首次徑向交會對接任務萬無一失,中國航天科技集團五院502所研製團隊針對徑向交會進行數年的技術攻關和大量地面實驗,並在神舟十二號載人飛船返回地球前開展了與空間站的繞飛及徑向交會試驗,為神舟十三號正式實施徑向交會驗證了關鍵技術。

 徑向交會對接有「三個難」,這也讓此次「太空華爾茲」更加扣人心弦。

 一是持續控制姿態和軌道「難」。對於前向、後向交會對接,其200米保持點是一個穩定的保持點,即使發動機不工作,飛船也能較長時間保持穩定的姿態和軌道。而徑向交會沒有穩定的中途停泊點,需要持續對飛船的姿態和軌道進行控制,推進劑消耗大,故障處置難。

 二是姿態和相對位置確定「難」。神舟載人飛船配有敏感器,它就如同飛船的眼睛,通過觀察星星和預設的標誌點等來確定自己的飛行姿態、與空間站的相對姿態相對位置等。但由於徑向交會過程中,飛船需由平飛轉豎飛等大範圍的姿態機動,所以對「眼睛」能看到目標和保證「眼睛」不會被複雜光照變化所干擾提出了更高要求。

 三是航天員手控交會模式「難」。徑向交會對接過程中基本失去了地球這個最熟悉的參照基準,測控條件變差,且相對動力學運動特性與前向交會不同,這給手控交會模式下航天員的操作增加了難度。

 此次徑向交會對接整個過程都是在制導導航與控制(GNC)系統指揮下,飛船智能自主完成的。徑向交會和前向交會都是中國空間站載人飛船正常的交會方式,會在未來空間站載人交會對接任務中交替使用。此次首秀的圓滿成功,將為後續空間站建造和運營打下堅實基礎。

 關鍵技術造就「太空城堡」

 2021年,中國正式拉開了空間站建造的大幕。自今年4月以來,中國已成功實施了空間站建造任務的5次發射,其中包括:發射被稱為「太空母港」的天和核心艙,派出兩位「太空快遞小哥」派送物資,安排兩批共6名航天員「出差」外太空。後續,中國還將實施2次空間站艙段的發射、多艘飛船的發射任務。

 要想搭建起這座「太空城堡」,離不開一項關鍵技術,那就是被稱為「太空之吻」的空間交會對接技術,而中國航天科技集團八院研製的對接機構則是實現對接的核心。

 面對這項世界航天領域內公認的最複雜、最難攻關的技術,中國航天科技集團八院805所在1995年啟動了對接機構的研製立項。在沒有參考資料的情況下,一群航天人用數千次的試驗、數以萬計的數據積累,埋頭苦幹了16年,終於在2011年,成功使神舟八號飛船與天宮一號目標飛行器實現軸向對接,讓中國首次實現無人空間交會對接,成為世界上第三個獨立掌握空間交會對接技術的國家。而後中國航天又僅用一年時間便實現了有人空間手動交會對接。

 中國空間站實施建造以來,對接機構已成功助力4艘飛船實施與天和核心艙的5次精準對接,每次的「太空之吻」都亮點紛呈:

 第一次:今年5月29日,天舟二號貨運飛船成功發射,6.5個小時後成功對接於後向對接口,完成了中國空間站的首次對接任務;

 第二次:6月17日,「神舟十二號」作為中國空間站的首艘載人飛船,與天和核心艙前向對接口成功對接,三名航天員穿過對接機構進駐到空間站,進行為期3個月的「太空出差」;

 第三次:9月18日,天舟二號「快遞小哥」通過180度繞飛,順利從後向對接口轉移至前向對接口,並再一次實現精準對接,進一步驗證了對接機構具備在軌多次可靠對接的能力;

 第四次:9月20日,天舟三號貨運飛船成功對接於天和核心艙後向對接口;

 第五次:神舟十三號載人飛船成功對接於天和核心艙徑向對接口,這是中國交會對接領域的首次徑向交會對接。(圖源:新華社

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