再探蒼穹破萬里,神舟13號飛船成功發射,與空間站徑向對接有多難

再探蒼穹破萬里

北京時間10月16日零點23分,神舟13號載人航天飛船順利發射成功,飛行乘組由航天員翟志剛、王亞平、葉光富組成,三人將在軌執行各種艙內艙外任務,太空出差時間長達180天。

在神舟13號飛船起飛6個小時33分鐘後,飛船成功與中國天宮空間站實現自動徑向交會對接,所花費的時間比神舟12號載人飛船要減少30多分鐘,也創造中國航天的又一項紀錄。

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神舟13號載人飛船將起到承前啟後的重要作用,也將創造許多個“第一次”。

神舟13號載人飛船首次採用徑向對接方式;我國空間站將首次實行天舟二號及三號貨運飛船,神舟13號載人航天飛船和核心艙4個飛行器的組合體執行方式。

當神舟13號乘組結束180天的太空出差之旅後,我國以後的載人飛船乘組執行任務的時間均將延長至6個月以上。

中國空間站將首次迎來首位女性航天員王亞平,她也將成為我國首位出艙執行任務的女性航天員,並將創造航天員在太空執行任務195天的時長紀錄。

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徑向交會對接是怎麼回事?徑向交會對接的難度究竟有多大?

觀看發射直播的人肯定會發現,在空間站與神舟13號交會對接前,天宮空間站的姿態較為正常,呈水平飛行姿態,但當神舟13號飛船對接之後,空間站的組合體卻向上翻轉,腹部朝前,幾乎呈直立狀態在軌道上飛行。

縱然是質量近70噸的龐大空間站組合體,但在偏離質心的位置施加一個力,也會使空間站組合體發生偏轉或者失控,所以對接的難度是相當之大的。

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無論是國際空間站還是我國空間站,與其他飛行器的對介面主要有三種,分別為前向介面,後向介面和豎向介面,而豎向介面也叫作徑向介面。

而目前空間站的前後介面分別對應天舟2號貨運飛船和天舟3號貨運飛船,而中間的位置是天和核心艙,所以這次神舟13號載人航天飛船要首次採用徑向對接方式。

在以前的對接實操中,前向對接和後向對接的方式已經得到了充分的驗證,而徑向對接要比前後向對接難上數倍之多。

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前後向對接方式

在以前,載人飛船和空間站對接時採用前後向對接方式,載人航天飛船和空間站都處在同一軌道高度,並且速度都保持相對一致。

這樣就可以在軌道中設定若干個接近點,採用走馬觀花的方式,逐漸加速接近空間站,並逐步實現對接,類似於兩名運動員在進行接力跑,最後的交棒儀式相當於對接。

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徑向對接方式

而徑向對接方式時,載人飛船與空間站處在不同的軌道上,它們的高度不同,運動速度也不同。載人飛船的軌道處在空間站軌道的下方,所以載人飛船必須在速度上趕超空間站。

同時載人飛船還要做出一系列繁瑣的操作,使飛船直立,消除與空間站之間的偏差,達到相對靜止,實現與空間站之間的對接。

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在飛船前後對接時,飛船的x、y、z軸均保持正常的水平位置和方向。而徑向對接時,載人航天飛船需要調整姿勢變為垂直飛行,並且不停地滾動調整姿勢,保持對介面完全吻合。

載人飛船的位置不斷髮生變化,還要參照空間站介面附近的相對導航目標標誌,這也是第一項徑向對接的關鍵技術。

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徑向對接的第二項關鍵技術

同時,徑向對接還需要導航敏感器合作目標的切換技術,無論飛船姿勢調整得多麼準確無誤,飛船始終要保持和地面的通訊暢通,保證畫面的實時傳輸,才能最終完成對接。

此時涉及一個問題,地面指揮中心和飛船要完成訊號傳輸時,需要藉助飛船上方的衛星。飛船、地面接收天線和衛星這三者缺一不可。

當飛船水平方向飛行時,飛船的背部天線會指向上方的中繼衛星,而腹部天線會指向地球方向的地面天線。但飛船垂直姿態飛行後,由背部和腹部的兩個天線就變成了一左一右,這樣訊號就會斷斷續續,影象也不能及時發回地面。

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資訊代理傳輸功能

所以我國科學家設計了空間站的資訊代理傳輸功能,讓空間站起到一個巨大路由器的作用,飛船會把資訊發射給就近的空間站,然後再由空間站傳送給中繼衛星,最後再傳導給地面,保證訊號的通暢。

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最後

從2003年到今天,我國載人航天工程已經發展了整整18年,也創造了一個又一個奇蹟,如今,中國空間站時代已經到來,預祝神舟13號乘組載譽歸來。圖片來自網路,侵權必刪。

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