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《北京日报》:太空再现“万里穿针”天舟二号货运飞船成功对接天和核心舱
发布时间:2021-06-01 09:52

“万里穿针”技术再现太空。中国载人航天工程办公室昨天发布消息,天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于53051分,采用自主快速交会对接模式,精准对接于天和核心舱后向端口,整个过程历时约8小时。

后续在轨运行期间,天舟二号货运飞船将保障首批3名航天员进驻天和核心舱,完成为期约3个月的驻留任务,并开展一系列关键技术验证。

快速交会对接如何实现?

空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一,也是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件,复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高。

“以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大约23天时间,过程中还需要大量的人工参与。而此次天舟二号与天和核心舱对接,整个过程历时约8小时,不用地面干预,就像无人驾驶汽车一样。”中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉说。

快速交会对接不仅可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间,也可以保证一些“时鲜货”——比如生物制剂等尽快送达空间站。如果空间站等航天器突遇紧急情况,快速交会对接可以迅速做出反应,向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。

此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接,与上一次2017年天舟一号货运飞船与天宫二号飞行器的交会对接相比,此次对接中,天舟二号货运飞船增加了“全相位全自主交会对接方案”。

“全相位”就是无论目标飞行器在入轨时和空间站相距多少,天舟都能以最快速度或者在规定时间点实现对接,而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间,真正实现了全天候发射。“全自主”就是从飞船入轨到交会对接成功,全程不需要人工干预,飞船上的控制器自主规划完成。相比天舟一号,天舟二号增加了远距离自主导引,飞船可以利用北斗导航的位置信息实现远距离全自主导航计算及其制导与控制。

手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手,互为备份,是系统可靠性的重要保障,天舟二号飞船也装备了手控系统。在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段,手控系统具备支持空间站内航天员进行手控遥操作实现前向或后向交会对接或撤退撤离的能力。一旦自动交会对接模式出现故障,空间站上的航天员可以通过“遥操作”,以遥控的方式“驾驶”飞船,帮助货运飞船规避空间站,或者安全、准确地与空间站对接。

8小时快速交会对接的背后,中国航天科技集团八院抓总研制的对接机构分系统发挥了关键作用。为了适应大吨位的天和核心舱以及未来超大吨位的空间站与飞船对接任务的需要,八院805所设计师创新性地提出了可控阻尼的控制思路,缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量。经过544次仿真分析和317次地面试验,阻尼器的各项功能和性能指标得到了验证,大型航天器对接的可靠性和安全性得到了提升。

201111月,神舟八号飞船成功完成了与天宫一号的两次自动交会对接;20126月,神舟九号飞船在航天员刘旺的操控下与天宫一号成功实现手控交会对接,标志着我国突破了相对导航、制导、控制和交会对接相对测量敏感器等一系列关键技术,成为世界上第三个独立掌握交会对接的国家。此次随着天舟二号和空间站核心舱的首次“太空牵手”,中国的空间交会对接技术迎来了新的历史阶段,未来将在空间站建造和运营中发挥更大的作用。

先进电源系统确保“快递小哥”能量满满

天和核心舱与天舟二号货运飞船成功对接后,在组合体飞行模式下,核心舱与货运飞船实现并网供电。核心舱可以为货运飞船提供最高2000瓦的供电功率,天舟飞船在关键时刻也能为核心舱提供1000瓦左右的供电功率。飞船上先进的电源系统确保货运飞船、核心舱组合体随时“能量满满”,这套电源分系统由中国航天科技集团八院承担研制。

“核心舱给货运飞船供电,主要是考虑到货运飞船安装在核心舱的尾部,且太阳电池翼体积较小,容易受到空间站其他组合体的遮挡,发电能力相对较弱。而货运飞船给核心舱供电,则是为了应对未来空间站可能出现的极个别特殊情况。”货运飞船电源分系统主任设计师王振绪说,这也彰显了整个空间站组合体供电的灵活性和可靠性。

为了接受来自核心舱2000瓦的电力“馈赠”,天舟二号货运飞船需要经历高压并网适应过程。货运飞船在与核心舱并网供电的时候,多余的电怎么处理?王振绪介绍,在天舟二号飞船舱内,安装有分流调节器,可以将太阳电池翼多余的电分流。

天舟二号货运飞船安装了锂离子蓄电池。从飞船发射前1小时起,随着发射、飞行、入轨,一直到太阳帆板展开前,都是由锂离子蓄电池为飞船提供电源。此外,在交会对接时,为减少对接冲击力对太阳帆板的影响,太阳帆板会处于水平归零状态。这个时候,飞船大部分的电力仍需要锂离子蓄电池来提供。

为了确保锂电池系统“不掉链子”,科研人员为货运飞船配置了7种充电控制方式。货运飞船电源分系统副主任设计师朱超介绍,研制人员设置的7种充电控制方式,分别对应正常模式、故障模式和柔性模式。“为适应快速对接状态,天舟二号采用了与天舟一号不同的充电控制方式,将锂离子蓄电池组的容量提高约10安时,有效保证电池电量供货运飞船使用。”

所有的一切,确保天舟飞船这位空间站“快递小哥”随时保持能量满满的状态。

上网条件大幅改善

航天员太空生活不枯燥

伴随着此次对接,天舟二号全面升级的以太网通信系统将在未来空间站运行中派上用场,高速通信可以让航天员尽情上网冲浪、听音乐、看视频。

天舟二号飞船对以太网通信进行了全面功能升级,增加了空间站天地互联网数据代传功能及天地互联网组播分发功能,可以在不增加通道带宽的情况下,让地面、空间站同时收发视频、音频数据。

为了提高网络通信的可靠性,中国航天科技集团八院电子所研制团队还特意增加了网络安全策略设置功能,确保非法数据无法通过。

上网条件大幅改善,航天员在“太空家园”的生活将不再枯燥,可以视频通话,也可以即时接入移动终端,还可以上网冲浪、听音乐、看视频等。(记者:张航通讯员:薛英民缪新培)

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这是我国天基测控系统首次执行空间站组合体的飞行测控任务。

据了解,火箭发射后,“天链二号”01星按计划分别与火箭、货运飞船建立数据传输链路,实时稳定向北京航天飞行控制中心和文昌航天发射场发送目标数据,为发射任务的圆满成功贡献了应有之力。天舟二号顺利入轨后,“天链一号”03星、04星,“天链二号”01星三星组网,对天和核心舱、天舟二号货运飞船提供双目标天基测控与数据中继支持。

“天基测控具有覆盖弧段大、跟踪时间长、传输速率高的特点,特别是在载人航天任务中,中继卫星系统能极大程度地发挥出自己的优势,可以说,当天链卫星捕获到天舟二号的那一刻起,天舟二号运行的大部分弧段都将处于我们的监视当中。”这次任务负责人马超说。

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