11月1日4時(shí)27分,天和核心艙組合體在數(shù)百公里外的太空,與來自地球的“夢(mèng)天”完美對(duì)接,過程穩(wěn)定并保持了高精度,再次完美上演“萬里穿針”神技,整個(gè)交會(huì)對(duì)接過程歷時(shí)約13小時(shí),標(biāo)志著我國空間站全面建成任務(wù)又邁出了堅(jiān)實(shí)一步。
此次成功駕馭空間站組合體和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙實(shí)現(xiàn)“夢(mèng)?天之吻”的幕后神兵,就是由航天科技集團(tuán)五院502所研制的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)“夢(mèng)?天之吻”
須戰(zhàn)勝兩大難關(guān)
五院502所空間站實(shí)驗(yàn)艙主任設(shè)計(jì)師宋明超介紹:“夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與3個(gè)月前發(fā)射的問天實(shí)驗(yàn)艙個(gè)頭差不多,但是交會(huì)對(duì)接過程卻是‘難’上加‘難’。為了解決‘兩大難點(diǎn)’, 制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要作用。”
“夢(mèng)?天之吻”的第一個(gè)難也是此次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的最大危險(xiǎn)點(diǎn),就是夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙太陽翼發(fā)電量不足以補(bǔ)足耗電量,能源緊張,如果不能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成交會(huì)對(duì)接,就需要中斷自主交會(huì)對(duì)接過程而緊急調(diào)整“夢(mèng)天”的姿態(tài),使其連續(xù)對(duì)日定向來保證能源的供應(yīng)。
為此,相較于“問天”,五院的技術(shù)人員為“夢(mèng)天”特別定制了交會(huì)對(duì)接任務(wù)故障預(yù)案,形象來說,就是將各種可能發(fā)生的故障,充分體現(xiàn)在故障樹上,通過開展大量的預(yù)演預(yù)判和試驗(yàn)驗(yàn)證工作,確保故障止于預(yù)想、不留缺憾。
“夢(mèng)?天之吻”的第二個(gè)難,在于“問天”交會(huì)對(duì)接時(shí)組合體是只有天和核心艙的對(duì)稱構(gòu)型,而“夢(mèng)天”交會(huì)對(duì)接時(shí)組合體是“L”字形的非對(duì)稱構(gòu)型,這顯著增加了空間站在軌姿態(tài)控制的難度。
一是“L”構(gòu)型的組合體質(zhì)心發(fā)生了較大的橫向偏移,增加了軌道控制和姿態(tài)控制之間的關(guān)聯(lián),組合體自身控制難度加大。
二是在“夢(mèng)天”接近組合體時(shí)需要開啟反推發(fā)動(dòng)機(jī)減速,發(fā)動(dòng)機(jī)的羽流會(huì)干擾到組合體的姿態(tài),此時(shí)實(shí)現(xiàn)“夢(mèng)?天之吻”變得更難。
不過,在五院技術(shù)人員的“精心指導(dǎo)”下,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)系統(tǒng)精準(zhǔn)識(shí)別了實(shí)驗(yàn)艙和組合體的相對(duì)距離及相對(duì)姿態(tài),通過一點(diǎn)點(diǎn)接近并最終實(shí)現(xiàn)了高精度的交會(huì)對(duì)接。
“天”字輩的不同方案
令“太空之吻”更精準(zhǔn)
“夢(mèng)天”“問天”和“天舟”盡管都是“天字輩”,但是它們的“太空之吻”卻各有特點(diǎn)。因?yàn)椤皦?mèng)天”和“問天”的使命任務(wù)更相近,所以,“夢(mèng)天”裝備的也是和“問天”類似的基于地面脈沖計(jì)算的快速交會(huì)對(duì)接方案,即半自主交會(huì)對(duì)接。
這和“天舟”的全相位全自主快速交會(huì)對(duì)接不同,全自主的更智能,半自主的更靈活。
不過,“夢(mèng)天”約13小時(shí)交會(huì)對(duì)接方案和“天舟”的6.5小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接方案并沒有什么大不同,多出的幾個(gè)小時(shí),是和“問天”一樣,“夢(mèng)天”在啟動(dòng)6.5小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接前需要對(duì)自身狀態(tài)、姿態(tài)和相對(duì)位置等進(jìn)行確認(rèn),如對(duì)系統(tǒng)、產(chǎn)品進(jìn)行在軌測(cè)試和設(shè)置,包括太陽翼的展開、平臺(tái)設(shè)備的測(cè)試等。
當(dāng)這些準(zhǔn)備工作完成后,“夢(mèng)天”才開始正式向天和核心艙進(jìn)發(fā)并實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接。
“夢(mèng)天”的順利交會(huì)對(duì)接再一次證明了中國交會(huì)對(duì)接技術(shù)的可靠性,但連續(xù)的成功也影響了全國人民對(duì)航天高風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)。
航天是高風(fēng)險(xiǎn)事業(yè),每一次成功的背后都是科研人員的默默奉獻(xiàn)和嚴(yán)慎細(xì)實(shí)的珍貴成果,每次成功都只能代表過去,就像“夢(mèng)天”的交會(huì)對(duì)接不可能是“問天”任務(wù)的簡單復(fù)制,依然需要如臨深淵如履薄冰,該有的預(yù)案一個(gè)不能少,該有的準(zhǔn)備一項(xiàng)不能落。
和“問天”交會(huì)對(duì)接之后斷電不同,“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接后,因?yàn)橐芸鞂?shí)施轉(zhuǎn)位操作,GNC系統(tǒng)控制器將在不斷電的情況下靜候下一步操作。期待不久之后的轉(zhuǎn)位,空間站“T”字基本構(gòu)型組合體亮相太空!