據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息,神舟十五號(hào)載人飛船入軌后,于北京時(shí)間11月30日5時(shí)42分,成功對(duì)接于空間站天和核心艙前向端口,整個(gè)對(duì)接過程歷時(shí)約6.5小時(shí)。
在這次的交會(huì)對(duì)接中,再次采用了快速交會(huì)對(duì)接方式,至此,空間站四次載人飛行任務(wù)均實(shí)現(xiàn)了6.5小時(shí)快速對(duì)接,對(duì)接技術(shù)已經(jīng)十分成熟;本月,天舟五號(hào)發(fā)射任務(wù)又實(shí)現(xiàn)了貨運(yùn)飛船2小時(shí)自主快速交會(huì)對(duì)接。對(duì)接時(shí)間的一次次縮短,見證著中國(guó)航天的一次次跨越。
空間交會(huì)對(duì)接是指兩個(gè)航天器在空間軌道上會(huì)合,并在結(jié)構(gòu)上連成一個(gè)整體的技術(shù),這是載人航天三大關(guān)鍵技術(shù)之一。
我國(guó)的交會(huì)對(duì)接始于2011年,這一年的11月3日,在歷時(shí)44小時(shí)之后,天宮一號(hào)和神舟八號(hào)成功實(shí)施首次交會(huì)對(duì)接。中國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立完全掌握空間自動(dòng)交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。
2012年6月18日,神舟九號(hào)與天宮一號(hào)對(duì)接成功,中國(guó)首次載人交會(huì)對(duì)接取得成功。
之后,我國(guó)開始自主交互對(duì)接的研究。
傳統(tǒng)的交會(huì)對(duì)接過程對(duì)地面測(cè)控系統(tǒng)依賴性很強(qiáng),自主性不夠,這樣不僅造成巨大的資源消耗,而且一定程度上增加了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。因此,發(fā)展航天器自主交會(huì)對(duì)接技術(shù)是未來航天器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而為了保證自主交會(huì)對(duì)接的順利進(jìn)行,急需在面對(duì)復(fù)雜的太空環(huán)境下,解決導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的可靠性、提高導(dǎo)航與控制的精度。
自主導(dǎo)航與控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自主交會(huì)對(duì)接的關(guān)鍵支撐技術(shù),直接影響了空間交會(huì)對(duì)接的成敗。航天器在空間實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接的過程,實(shí)質(zhì)是精確測(cè)量與控制的過程。其實(shí)現(xiàn)是由航天器制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)(Guidance, Navigation and Control, GNC)提供,GNC的主要任務(wù)是高精度測(cè)量航天器之間的相對(duì)位置、相對(duì)速度、相對(duì)姿態(tài),以及完成航天器姿態(tài)、軌道的高精度控制。由此可見,導(dǎo)航與控制是交會(huì)對(duì)接成功與否的關(guān)鍵 。
導(dǎo)航系統(tǒng)必須具備自主測(cè)量的能力,即航天器能夠不依靠地面站的參與,完全依靠計(jì)算機(jī)和星載敏感器自行完成空間對(duì)接的任務(wù)要求,所以選擇理想的、可測(cè)量出相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)的敏感器非常重要。高精度高可靠的GNSS相對(duì)定位技術(shù)是空間飛行器交會(huì)對(duì)接的關(guān)鍵技術(shù)之一,為交會(huì)對(duì)接控制的安全提供了重要保障。
控制技術(shù)必須解決航天器高精度姿態(tài)自主控制以及航天器自主軌道控制的問題。多智能體是由多個(gè)簡(jiǎn)單個(gè)體(智能體)組成,每個(gè)智能體表示一個(gè)物理的或抽象的實(shí)體,可以是系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)組成單元,也可以是獨(dú)立的外部系統(tǒng)。它們能對(duì)周圍環(huán)境變化做出反應(yīng),并能相互交互,相互配合完成共同目標(biāo)。多智能體協(xié)同控制理論應(yīng)用于航天器的交會(huì)對(duì)接,是把復(fù)雜問題簡(jiǎn)化的一條捷徑,同時(shí)也為航天器協(xié)同控制提供了一個(gè)可行的方案。
2021年5月30日,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式精準(zhǔn)對(duì)接于天和核心艙后向端口,整個(gè)過程歷時(shí)約8小時(shí)。
中國(guó)航天科技集團(tuán)八院載人飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師 姚建:在控制這方面,我們可以把原先的多次的變軌,然后進(jìn)行優(yōu)化,減少變軌的次數(shù)和縮短變軌之間的時(shí)間間隔,來實(shí)現(xiàn)我們快速的一個(gè)交會(huì)對(duì)接過程。
時(shí)間還在縮短,2021年6月17日,神舟十二號(hào)載人飛船與天和核心艙完成自主快速交會(huì)對(duì)接,與此前已對(duì)接的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船一起構(gòu)成三艙組合體,全程歷時(shí)僅6.5小時(shí)。
2022年11月12日,天舟五號(hào)成功對(duì)接于空間站天和核心艙后向端口,中國(guó)航天員首次在太空迎接“天舟快遞”。這次任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)了2小時(shí)自主快速交會(huì)對(duì)接,創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。
航天科技集團(tuán)五院神舟載人飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師 李志宇:從空間站時(shí)代開始的話,咱們交會(huì)對(duì)接時(shí)間從接近兩天逐漸地縮短到8小時(shí)、6.5小時(shí),到最近貨運(yùn)飛船實(shí)現(xiàn)的2小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接,這都是一次次歷史的突破。那么神舟飛船也是從設(shè)計(jì)上具備這樣的能力。
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