从航天员“手控遥操作”看空间交会对接技术

2022-01-14 13:54:41 | 来源:中国载人航天 | 参与: 0 | 作者:何慧东、五轩、吴馥桐

来源:中国载人航天 作者:何慧东、五轩、吴馥桐

1月8日上午,神舟十三号航天员乘组在地面科技人员的密切协同下,在空间站核心舱内采取手控遥操作方式,圆满完成了天舟二号货运飞船与空间站组合体交会对接试验。这是我国航天员首次在轨进行手控遥操作试验。什么是手控遥操作?与之前载人飞船手控交会对接相比有何难点和特点?国内外技术应用有什么区别?

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什么是手控遥操作?

手控遥操作是由航天员在轨利用手动技术对飞船进行遥控操作,控制货运飞船与空间站进行交会对接,是专门为无人来访飞行器配备的功能,和神舟载人飞船的手控交会对接类似。

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航天员在空间站核心舱里,通过远程的方式“驾驶”货运飞船与空间站进行对接。整个过程中,航天员的视角是从飞船“看向”空间站的,仿佛坐在货运飞船里。航天员面对的仪表系统、操作手柄等等,和此前神舟飞船上实施的两次手控交会对接大同小异,最大限度减小了航天员的训练难度,减轻了操作、识别的负担。

交会对接技术的发展

随着人类对太空探索的深入进行,航天器交会对接技术是发展航天技术的关键部分之一,是体现国家综合国力和航天科技的重要标志。自1966年美国第一次成功实现空间交会对接以来,空间对接和分离技术作为航天技术的一个重要发展方向,得到了快速发展。

迄今为止,包括美国、俄罗斯、欧洲航天局、日本和中国都在大力研究航天器交会对接和分离技术,并已经完成了上百次的交会对接和分离任务。例如,美国的登月飞行中利用登月舱与“阿波罗”飞船的交会对接,苏联利用联盟号飞船与和平号空间站的交会对接等。

航天器交会对接和分离技术已被公认为航天领域的重要技术之一,成功的交会对接并有效分离对于许多航天任务来说是必不可少的,比如空间站补给、航天员轮换等。

如何进行手控遥操作?

以此次试验为例,神舟十三号航天员乘组在核心舱发出控制指令,让天舟二号先与核心舱分离,然后航天员手动控制整个货运飞船的位置和姿态,撤到前向的一定距离,然后再次控制它来进行对接,一直到锁紧完成。

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与之前相比有什么难点/特点?

与载人飞船的手控交会对接相比,货运飞船的手控遥操作有着自己的难点和特点。在操作的响应速度和运动的敏捷性上,载人飞船与货运飞船的区别,就如同开轿车和开货车。其原因有二:一是货运飞船的手控遥操作需要把货运飞船上的摄像机“看到”的图像传到空间站,空间站上的航天员需要把指令传回给货运飞船,一来一回,就造成了航天员反应和执行指令的延时;二是货运飞船要比载人飞船重,平移加速度小,因此动作不敏捷。

对空间站建设有何重要意义?

遥操作交会对接试验对于空间站的建造非常重要,载人飞船可以通过航天员驾驶飞船,手动操作与空间站完成对接。而货运飞船则不同,一旦自动交会对接功能失效,货运飞船将无法和空间站对接,导致任务失败,所以货运飞船就必须具备遥控操作的功能,与自动交会对接技术互为备份。此次试验,初步验证了空间站与来访飞行器手控遥操作系统的功能、性能以及天地间协同工作程序的合理性。

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