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天舟一号完成绕飞和第二次交会对接试验任务侧记

天舟一号绕飞和第二次交会对接试验示意图 制图 于珊珊

一场“芭蕾秀”在离地近400公里的太空上演了,“舞者”是重达数吨的钢铁巨物,名字同样如雷贯耳——中国首艘货运飞船天舟一号。

6月19日,太空运行60天后,天舟一号再次迎来大考,它要与天宫二号空间实验室一起,完成绕飞和第二次交会对接试验。这场专门为飞船自动寻找空间站对接口而进行的飞行试验,对整个空间站建设意义重大。

“自主”起舞

9点37分,在地面决策指导下,天舟一号绕飞试验开始实施。地面首先发送分离指令,天宫二号停控,对接机构解锁,两大航天器分离。这是大约两个月前,天舟一号和天舟二号完成首次交会对接后,两大航天器的第一次分离。

天舟一号按程序逐步撤退至后向5000米,并保持约90分钟。地面确认航天器状态正常后发令,天舟一号开始绕飞,从后向5000米绕飞至天宫二号前向5000米。在此期间,天舟一号完成偏航180°转倒飞,天宫二号完成偏航180°转正飞。

与神舟十号载人飞船在地面人员支持下进行的绕飞不同,这次绕飞被称为“全自主绕飞”,这也意味着在整个过程中人为干预的部分大大减少。

“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。”中国航天科技集团公司五院502所货运飞船副总设计师张强说。

绕飞过程中,制导、调姿及进入5公里保持点,均是船上软件自主规划完成。“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,自动进行姿态行动,不需要地面人员干预,可谓‘聪明’和‘自立’了很多。”张强介绍。

事实上,货运飞船的这种“自主”行为,不仅大大减轻了地面支持人员的工作强度,更重要的是,它可以让自主绕飞在测控区外实现。

“一级”保障

空间绕飞,精彩但暗含巨大风险。试想,在离人类将近400公里的深空,两个重达十几吨的飞行器以每小时29万公里的速度飞行,同时,他们还要完成“上下绕圈”和“翻跟斗”等“惊险”动作。谈何容易?

其中,最大的风险就是碰撞。为了避免碰撞,一方面,必须要求两大航天器的轨迹和姿态始终处于精准受控范围内。

为此,工程师必须事先为飞行器规划出最优的绕飞轨迹,使其自主完成在特定位置的变轨控制,并严格在预定的时间点到达预定的位置。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”。

另一方面,为了避免碰撞,必须要求对接机构的品质达到“一级棒”。对接机构是空间站的一个关键部件,没有它,空间站建设和维持、航天员的定期接替、天地往返运输服务,都将无从谈起。

经过22年的历练,我国对接机构已经逐渐成长为支持空间站建设的“栋梁之材”。为了确保此次对接任务顺利完成,八院为原有产品进行升级。

“对结构机构要覆盖空间站阶段8吨到180吨各种大吨位和各种偏心对接情况。执行此次交会对接任务的对接机构有118个传感器、5个控制器、上千个齿轮轴承、18个电机和电磁拖动机构、数以万计的零件和紧固件。”八院805所对接结构主任设计师邱华勇如数家珍。

绕飞试验在航天人的保障下顺利完成。“自主”背后,是超高级别的可靠性和安全性,超高质量的航天产品和智慧软件,世界范围内,又有哪一台芭蕾秀,有如此强大的“后台”呢?

“主动”找你

绕飞试验后,天舟一号与天宫二号开始第二次交会对接试验。天舟一号离开前向5000米停泊点,逐步接近至前向30米,之后尝试与天宫二号对接机构进行接触。

14点55分,天舟一号货运飞船顺利完成与天宫二号空间实验室的绕飞和第二次交会对接试验。

如今,我国已经从“空间实验室”时代正式迈入“空间站“时代。不久的将来,空间站重量将达到百吨级。当有飞船造访时,面对如此庞然大物,只能主动而礼貌地对着它说:“你别动,我去找你!”

全自主绕飞,就是保障这项任务的关键技术。(赵聪)



 

关键词: 侧记 任务 第二次