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首次实现径向交会对接 “太空之吻”背后的深情
[编辑:永太净化设备经营部] [时间:2024-08-22]
10月16日,神舟十三号载人飞船,采用自主快速交会对接模式,成功对接于天和核心舱径向端口。与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起,构成了四舱(船)组合体。随后,3名航天员从神舟十三号载人飞船顺利进入天和核心舱。
在我国空间站任务中,所有对接机构都是由中国航天科技集团八院研制。从2011年首次亮相的“太空初吻”至今,对接机构共成功实施了15次精准可靠对接,经历了从无人到有人、从自动到手控、从几天到6.5小时、从轴向对接到径向对接的创新突破。
一次次精彩的“太空之吻”背后,凝聚了航天科技人员对祖国航天事业的热爱、对建设太空强国的深情凯时88最新。
据中国航天科技集团八院载人飞船系统副总设计师张崇峰介绍,对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。神舟载人飞船、天舟货运飞船以及后续将发射的两个实验舱,均配置了对接机构主动端,天和核心舱共配置了5个被动对接口,设计师们形象地称它们为“对接五兄弟”。
“对接五兄弟”分工明确、各司其职。“大哥”在核心舱的后端,是核心舱专门的“太空快递通道”,被称为“后向对接口”,主要用于对接“太空快递小哥”天舟货运飞船,保证整个空间站的货物输送及在轨能量补充,同时也是载人飞船的备份对接通道。
“二哥”在节点舱的最前端,被称为“前向对接口”,接待来访的“客人”最多,除了神舟载人飞船、天舟货运飞船外,将来还会迎接问天实验舱、梦天实验舱,堪称“空间站守门人”。“大哥”和“二哥”都有特殊的补加接口,都可以为空间站补充推进剂。
“三哥”是“径向对接口”,神舟十三号载人飞船就是对接在此处,是专门的“航天员通道”。
“四哥”和“五弟”在节点舱的两侧呈对称分布,被称为“侧向停泊口”,问天实验舱、梦天实验舱将来会永久停靠在这里。届时,航天员的居住条件将会由“一居室”变成“三居室”,大大增加航天员的活动空间和范围。
身处太空,“对接五兄弟”长时间暴露在空间辐射环境,需承受88000次、超过200摄氏度上下的高低温循环、低轨空间原子氧的剥蚀,经过多频次的对接与分离后,仍需确保安全可靠凯时88最新,这对它们的身体素质要求极其高。
多年来,八院805所对接机构团队将自己心中的那份爱毫无保留地奉献给“对接五兄弟”,用自己的聪明才智为它们赋能,共考虑到79项可能会发生的各类故障,为此制定了详细处置预案,以确保“对接五兄弟”在轨期间身体健康、圆满完成工作任务。
在太空中交会对接,根据任务需要对接方式也很讲究。神舟八号以来的5艘飞船,与目标都是轴向对接。此次神舟十三号载人飞船与49吨级的空间站组合体,首次自主快速实现了径向交会对接。
径向与轴向的夹角呈90度,对接方式的改变,是为了使航天器易于运动控制,保证其主结构和质量分布尽量对称、紧凑,确保航天器的质心居中,从而减少因姿态控制所消耗的能量凯时88最新。
与轴向对接相比,径向交会对接难度更大。首先在于持续控制姿态和轨道“难”。轴向交会对接,可以有200米的“稳定保持点”,即使发动机不工作,飞船也能较长时间保持稳定的姿态和轨道。而径向交会没有稳定的中途停泊点,需要持续对飞船的姿态和轨道进行控制,推进剂消耗大,故障处置难。
其次,姿态和相对位置确定“难”。神舟载人飞船配有敏感器,如同飞船的眼睛,可以通过观察星星和预设的标志点,来确定自己的飞行姿态、与空间站的相对姿态相对位置等。但由于在径向交会过程中,飞船需由平飞转竖飞,大范围的姿态机动,对“眼睛”提出了更高要求。
第三,是航天员手控交会模式“难”。径向交会对接过程中,基本失去了地球这个最熟悉的参照基准,测控条件变差,且相对动力学运动特性与轴向交会不同,这给手控交会模式下航天员的操作增加了难度。因此,此次径向交会对接整个过程,是在制导导航与控制(GNC)系统指挥下,飞船智能自主完成的。
为确保平稳顺利实现径向交会对接,八院805所对接机构分系统通过全面分析对接工况,在增加可控阻尼器的基础上,还配合总体完成任务规划,开展了31个工况的捕获缓冲试验,仅单项极偏差工况就达到24次,可有效消除对接机构与多构型、变吨位、大偏心对接目标的捕获、缓冲、连接适应性风险。
首次成功实现径向交会对接,使径向和轴向交会都成为中国空间站载人飞船正常的交会方式,未来,将会在空间站载人交会对接任务中交替使用。
太空交会对接,是世界航天领域内公认的最复杂、最难攻关的技术。八院805所自1995年开始启动对接机构的研制。在没有任何参考的情况下,数千次的试验、数以万计的数据积累……一群满怀梦想与深情的航天人,枕戈待旦、埋头苦干了16年。
2011年,我国自主研制对接机构完美实现了“太空初吻”。神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器实现轴向对接,我国首次实现无人空间交会对接,成为世界上第三个独立掌握空间交会对接技术的国家。
我国空间站实施建造以来,八院805所研制的对接机构已成功助力4艘飞船实施与天和核心舱的5次精准对接,每一次“太空之吻”的细节各有不同、亮点纷呈。
第一次:2021年5月29日,天舟二号货运飞船成功发射,6.5小时后成功对接于后向对接口,完成了我国空间站的首次对接任务。
第二次:2021年6月17日,神舟十二号作为我国空间站的首艘载人飞船,与核心舱前向对接口成功对接,三名航天员穿过对接机构进驻到空间站。
第三次:2021年9月18日,天舟二号“快递小哥”通过180度绕飞,顺利从后向对接口转移至前向对接口,并再一次实现精准对接凯时88最新,进一步验证了对接机构具备在轨多次可靠对接的能力。
第四次:2021年9月20日,天舟三号货运飞船成功对接于核心舱后向对接口。
第五次:2021年10月16日,神舟十三号载人飞船成功对接于核心舱径向对接口,首次实现径向交会对接。
据悉,按照后续空间站建造及运营规划,八院对接机构团队每年至少要生产交付5套对接机构。目前,八院通过部组件产品化、测试项目通用化以及发射场流程优化等方式,有效提高了生产、总装、测试、试验效率,确保每一次“太空之吻”的完美亮相。径向倒角尺寸径向节距径向位移径向双端面机械密封径向销联接镜象投影径向滑动轴承径向接触滚子轴承内凯时88最新径向变形