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“天神”牵手 如何畅游太空

邱晨辉
2016年10月21日07:21 | 来源:中国青年报
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原标题:“天神”牵手 如何畅游太空

  “天神”牵手,令人惊叹的太空华尔兹上演了。10月19日3时31分,两天前刚刚发射升空的神舟十一号载人飞船,与我国第一个空间实验室天宫二号成功实现自动交会对接,拉开了这场为期30天演出的帷幕。

  茫茫太空,布满宇宙射线、高能粒子,想要在这里平稳飞行,并不容易,既不能由着性子天马行空,也不能随意乱飞,踏错了舞步。那么,“天神”组合一体后,将如何携手畅游苍穹、探索宇宙?中国青年报·中青在线记者采访了相关专家进行揭秘。

  “天宫”主导,“神舟”小憩

  在地面高速公路上,车辆行驶时,只需控制前进方向,但要想在太空实现这一点,难度很大,需要精准地控制上、下、左、右、前、后等多个方向,这对航天器的控制系统要求极高。正如航天科技集团五院院长张洪太所说的,打造出最佳的“天神”组合,特别是其控制系统,是航天员安全、高效、愉悦地投身各项飞行试验任务的前提。

  虽然已是一个组合体,但天宫二号与神舟十一号在组合体中的分工有所不同。“天神”对接后,组合体姿态和轨道的控制权将交由天宫二号负责,换句话说,这场太空华尔兹表演,由组合体中的天宫二号来主导。

  相应地,作为“舞伴”的神舟十一号,将关闭大部分设备,小憩一段时间,只承担太阳能帆板的控制职责,保证随时为组合体提供稳定的能源保障。

  五院502所GNC系统主任设计师蔡彪告诉记者,研制人员在天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号组合体控制成功经验的基础上,针对此次“天神”组合的任务特点,优化了软件算法、智能控制、硬件性能等,在很大程度上提升了组合体控制的性能和效率。

  连续快速地捕捉太阳光

  “天神”组合体在太空运行时,所需要的电力能源,都要依赖太阳能的支撑和转化。完成这一过程的前提是,“天神”组合体上的太阳能帆板要始终对准太阳,尽可能多地接受阳光的照射。

  蔡彪说,五院的研制人员为此做了两件事:一是研制出一款性能更优的光学成像敏感器,让太阳能帆板对太阳的捕捉效率提升了数十倍,进一步提高了太阳帆板的跟踪能力;二是研制人员第一次为“天神”组合体武装了“连续快速机动”的飞天神器。根据五院专家的说法,有了这一神器,“天神”组合只需轻巧地“扇动”太阳能帆板,就能转动身体捕捉太阳,快速、灵活地以最佳角度接受阳光的辐照。

  蔡彪说,这主要是应对“天神”组合体长期在轨运行可能面临的太阳方位不好等恶劣情况,如此一来,就能让组合体实时保持充足的能量供应,既有力支持了组合体更长时间的稳定飞行,也为“天神”组合内各项科学实验的顺利进行提供了有力支撑。

  “正飞”“倒飞”灵活平稳切换

  另一个值得关注的技术,就是控制力矩陀螺,一个专门用于大型变结构组合体控制的系统。根据五院专家的说法,他们研制、优化的这一技术,不仅可以大大节约推进剂的消耗,还提升了组合体在轨运行时姿态调整的效率。

  根据五院专家的说法,他们能够在实现角动量管理的同时,保证当某一控制力矩陀螺出现异常或故障时,可以无缝切换并保证系统姿态干扰最小。

  与此同时,他们所设计的大角度姿态机动算法,还在一定程度上保证了组合体可以在“正飞”和“倒飞”中灵活平稳切换。

  专家表示,多机冷备份GNC控制器,具备“三机”自主故障诊断和自主切换能力,当其中“一机”自主识别出问题时,会自动实现交接班,从而可以一直保证组合体的正常工作,使组合体的工作寿命达到设计指标的2到3倍。

  飞船只要一分钟即可回到对地状态

  那么,在复杂的太空环境中,万一遇到突发情况该怎么办?

  根据五院专家的说法,他们所研制的控制系统,均采用了多重备份的系统配置,制定了十余种正常和安全的飞行模式,保证了当出现任何一种故障时,组合体可以完全正常工作。这些,就是“天神”组合体“托底”的技术。

  按照专家的说法,这样一来,即使飞船分离时,姿态出现剧烈晃动,设计出的轨迹规划依旧可以保证天宫二号、神舟十一号的有效控制,并在一分钟之内回归到正常稳定对地飞行状态,同时,还可以实现飞船在分离和撤离过程中,一直“盯着”天宫二号,以防发生分离后的碰撞,从而最大限度保证了飞船分离和撤离过程中的平稳和安全。

  五院专家告诉记者,通过“天神”组合的飞行试验,将对变构型组合体的自适应控制进行初步验证,并进一步检验和完善组合体控制系统的自主故障诊断、智能控制能力,这些都将为未来空间站多舱段融合和整体运行控制打下技术基础,加快中国人构建自己空间站的步伐。

  本报北京10月19日电

(责编:林露、贺迎春)

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