神舟13号关键任务:航天员手动遥控飞船对接,事关空间站运行安全
不知不觉神舟十三号航天员乘组进驻天宫空间站已经过去了一个多星期时间,刚开始他们的工作与神舟十二号乘组比较相似,也是拆包裹。不过,大部分空间站“装修工作”已经被神十二乘组做完了,比如太空卫生间,但是像整理床位这件事他们还得亲力亲为,因为神十二乘组离开空间站的时候把太空居住区打扫得非常干净,甚至连铺盖卷都完全收起来了,当然一方面是为了卫生,另一方面也是基于空间站无人运行期间的安全考虑。
翟志刚与叶光富在天舟三号货舱内整理包裹
神十二号乘组临走前已将太空睡袋整理收纳起来航天员初入太空都需要一段适应期,当他们适应太空环境之后很多重磅工作就要开始了。比如核心舱天和机械臂捕获天舟二号进行辅助转位试验,此项试验是为明年问天号实验舱与梦天号实验舱的转位对接任务做备份准备(主份方案是依托实验舱自备转位机械臂实施),除此之外还有“手控遥操作对接试验”。
由后向对接口绕飞至前向对接口的天舟二号
天和机械臂捕获天舟二号进行辅助转位试验航天器空间交会对接是发展载人航天事业不可或缺的关键核心技术,总体来看主要分为手动交会对接、自动交会对接、机械臂辅助对接、手控遥操作对接四大类。十年前,我国载人航天工程通过神舟八号任务掌握了自动交会对接技术,该船也已经具备手动交会对接能力,但首次交会对接出于安全考虑并没有载人,后来通过神舟九号任务掌握了手动交会对接能力,神舟十号又进一步巩固了自动与手动交会对接的工程应用能力。
从神舟八号看天宫一号目标飞行器
神舟八号的异体同构周边对接装置上述三艘神舟飞船都属于天宫一号目标飞行器框架下任务,此后在天宫二号空间实验室任务下,神舟十一号作为实施空间站任务前的最后一次载人任务,为满足长寿命高可靠使用要求,对接测量系统进行了换代升级。比如在交会对接任务的最后平移靠拢段进行精确测量的CCD光学成像敏感器换代升级为CRDS新一代光学成像敏感器,交会对接微波雷达也进行了换代替换。
神舟十一号载人飞船
从天宫二号空间实验室看神舟十一号
伴飞小卫星拍摄的天宫二号/神舟十一号组合体同样是在天宫二号空间实验室任务下,天舟一号货运飞船在交会对接技术基础上掌握了推进剂在轨补加技术,并验证了前向交会对接与全自主快速交会对接技术。
天舟一号货运飞船至此,我国已经掌握建设运营空间站在交会对接领域的基础能力,然而载人航天人命关天,安全性追求是没有止境的,这就涉及到手控遥操作对接。“手控遥操作对接”与“手动对接”从字面看貌似是差不多,实际上两者是既有相似的地方,但又是完全不同的操作。相似之处在于突出航天员的作用,不同之处在于手动交会对接时航天员身处飞船之中,而手控遥操作对接时航天员则不在飞船中,而是身处空间站之中。
神舟9号02航天员刘旺是我国手动交会对接第一人以神舟十三号为例,进入近距离导引段后航天员可以通过神舟飞船的TV摄像机画面监视飞船对接状态,尤其是在最后的平移靠拢段,一旦发现自动交会对接系统偏离对接靶标较大范围时,航天员可立即转为手动交会对接,确保对接安全。
神舟十三号飞船TV摄像机镜头中的天和核心舱径向对接口
对接靶标载人航天工程通常都是以自动交会对接为主份方案,并以手动对接为备份方案。然而天舟货运飞船是无人飞船,航天员不可能身处其中监视对接状态,而一旦货运飞船自动对接失败,轻则对空间站姿态造成扰动,重则对空间站结构造成大规模破坏,可以说风险还是相当大。我们可以看到在天宫空间站的关键技术验证阶段天舟货运飞船都是在神舟飞船之前对接,这里面固然有货运补给的原因,但安全因素也是至关重要的考虑。
天舟二号对接核心舱后向对接口(画面有加速)因此需要航天员能够在空间站内对天舟货运飞船进行状态监视与遥控控制,神舟十三号发射当天的直播活动中就公开了该船指令长01航天员翟志刚在地面进行模拟遥操作对接的训练画面,遥操作工作台在天和核心舱大柱段第二象限的B区。
翟志刚在地面进行手控遥操作对接训练至于机械臂辅助对接,天舟二号的机械臂辅助转位试验也将验证部分能力,当前神舟与天舟两型飞船都具备自主对接能力,所以不需要机械臂辅助对接,但这不代表后续没有机械臂辅助对接需求。
天和机械臂
天舟二号用于对接机械臂的适配器天舟货运飞船作为当今世界上行运力最大的货运飞船,堪称是太空大卡车,大运力对于航天员长期太空驻留当然是利好因素,但也存在运力过剩以及任务适应性不足的问题。载人航天工程总体目前正在着力研发中小型货船,此类货船可以简化对接测量系统的硬件配置,从而降低研发制造成本,同时还能尽可能提高载货比,届时此类货船就可以实施基于天和机械臂的辅助对接方案。可以说,通过神舟十三号任务我们将不留死角地掌握全套交会对接技术,安全性可靠性都将再上一个台阶,为空间站进入建造阶段与运营阶段做好一切准备。
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