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新飞船也许这样与空间站对接

2020-05-11 00:00 来源:科技日报 本报记者 付毅飞

  5月8日,我国新一代载人飞船试验船成功返回。这次飞行试验验证了飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等多项关键技术,在不久的将来,它将成为我国执行空间站运营、深空探测等任务的主力军。

  除了具备高安全、模块化、可重复使用等特点,新飞船未来与空间站交会对接所用的时间也将大幅缩短。这篇文章,我们就来说说快速交会对接的那些事。

  飞船与空间站怎样对接

  快速交会对接是近年来各国纷纷探索的航天技术。虽然这次我国新一代载人飞船试验船没有开展相关试验,但早在2017年9月,我国就利用天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室,成功开展了自主快速交会对接试验,整个过程历时约6.5小时。

  快速交会对接的核心和难点就是“快”。北京航天飞行控制中心副主任李剑此前向科技日报记者介绍,按照传统对接方式,载人飞船需绕地球30多圈,整个对接过程要耗时2天以上,货运飞船为了节省变轨所需燃料,消耗时间更长,往往达到3至5天。而采用快速交会对接技术,可以把从发射到具备交会对接条件的时间缩短到几个小时,飞船也只需绕地球几圈。

  目前,2至3天的交会对接策略,是地面向空间站运送航天员的主要方式。为什么要用这么长时间?中国航天科工集团二院研究员杨宇光介绍,两个航天器在轨交会对接的首要基本条件,是双方要处于同一轨道面。为了确保将飞船发射到准确的轨道面上,发射窗口需要经过精确计算,要等发射点随着地球自转与目标轨道面即将重合的时候点火。之所以要在“即将重合”时,是因为火箭飞行还需要时间,得打出提前量。

  “每次神舟飞船从酒泉卫星发射中心起飞,大约在青岛附近上空入轨,这样就正好跟‘天宫’在一个轨道面了。”杨宇光说。

  我国天宫二号实验室运行在距地面约400公里高度的圆形轨道上,而飞船刚入轨时,是运行在一个近地点约200公里,远地点约400公里的椭圆形轨道。此后飞船便开始追逐“天宫”,这个情景就像两个运动员以同样的速度在操场上跑圈,但一个是沿着圆形跑道绕大圈,一个是在跑道和中间草坪上绕椭圆形的内圈。这样一圈圈绕,飞船越来越接近天宫二号,当它们在轨道相交点相遇,飞船经过变轨,就可以与“天宫”对接了。

  “实际上过去交会对接并非一定要用两天,可以让飞船快点追,但通常任务都会控制在这个时间。”杨宇光说,其中有几方面考虑,除了燃料经济性,还包括航天员的空间运动病。

  空间运动病又称为空间适应综合症,是空间失重环境引发的心血管功能失调、骨盐丢失、红细胞下降等生理应激反应,会让人产生眩晕、疲劳、呕吐、免疫力下降等症状。

  杨宇光说,空间运动病通常在进入太空6小时后出现,逐渐严重,大约2天后,航天员适应太空环境,症状也基本消失。这时再进行交会对接,可以让航天员以较好的身体状态,准备应对突发状况。

  快速交会对接好处多

  如果通过快速交会对接技术,在6小时以内完成交会对接,则能让航天员在空间运动病症状出现之前进入空间站。不过杨宇光表示,该技术存在不少难点。

  他说,如果要在6小时内实现交会对接,首先要保证飞船入轨时的位置跟空间站相隔不远,才能在几圈内赶上。但这对发射窗口要求更高。相比传统对接方式每天都有一次发射窗口,实施快速对接如果错过一个窗口,等下一个可能需要好几天,这对飞船、火箭、发射场都提出了更高要求。

  另外,飞船刚入轨时,轨道面与空间站多少会存在误差。过去有2天时间可以消除误差,但快速对接留给轨道修正的时间只有6小时甚至两三个小时,会给飞控系统提出更高要求。

  当然,快速交会对接有很多好处。首先是让航天员更舒适。杨宇光说,载人飞船舱内空间狭小,吃喝拉撒睡各方面生活条件远不如空间站。尽量缩短航天员在飞船里的滞留时间,有助于让他们减少不必要的体力、精力付出,执行太空任务时更加舒适惬意。

  从任务角度来说,快速交会对接能使生物制剂等无法经历长期运输的货品尽快送达空间站,这对某些试验至关重要。如果空间站等航天器突遇紧急情况,快速交会对接有助于快速实施故障抢修与紧急救援等工作。

  此外,如果任务时间拖得很长,对地面测控人员来说也有很重的负担,缩短对接时间也可以减轻他们的压力。

(责任编辑:王蔚)

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