ATV、HTV与ISS交会对接技术分析

简要介绍了自动转移飞行器(ATV)和HII转移飞行器(HTV)总体参数、结构组成、与国际空间站(ISS)交会程序和飞行任务概况,总结了飞行任务规划和程序设计特点,分析了ATV和HTV交会对接试验验证、交会对接任务安全性和可靠性设计、应急程序设计等方面的规律与启示。     

周建平:天宫二号空间实验室将于2016年发射

<正>全国政协委员、中国载人航天工程总设计师、《载人航夭》主编周建平近日接受新华社记者专访时表示,天宫二号空间实验室将于2016年发射。天宫二号是在天宫一号目标飞行器备份的基础上,根据天宫二号的任务需要改装研制而成。周建平介绍说,天宫二号的发射准备工作进展顺利,它将用于验证空间站的技术,也将接受航天员的访问。他表示:"天宫二号入轨并完成在轨测试后,将与之后发射的神舟十一号飞船完成交会对接。航天员在天宫二号上生活的时间将比在神舟九号、神舟十号生活的时间更长。"     

天宫一号频繁轨控条件下快速测定轨精度及策略分析

2016年,中国将要执行空间站与货运飞船的快速交会对接试验,该试验要求飞船起飞后6 h完成与空间站的交会对接。工程实践中需要对飞船进行多次远导控制,其间留给快速定轨的数据时长最少可能只有5 min,这对短弧定轨精度提出了较高要求。利用天宫一号在轨运行期间实测数据开展了快速测定轨试验,试验频繁轨控条件下5 min数据时长的快速测定轨精度。试验结果表明,不同条件下短弧定轨精度差异较大,这为快速交会对接试验带来了较大风险。为了提高短弧定轨精度,制定了利用轨控前后数据联合解算轨控从而增加定轨数据弧段的方法提高短弧定轨精度的定轨策略。分析结果表明,该定轨策略有效提高了短弧定轨精度,可满足快速交会对接试验轨道维持控制要求。     

稳步发展的俄罗斯空间站

经过10年的努力,俄罗斯定于1996年向在轨运行的“和平”号空间站发射最后一个对接实验舱——“自然”舱。届时,这座宏伟的空间大厦将全部建成,并至少工作到1998年底。循序渐进的发展模式自1971年以来,人类已发射了9个空间站,其中8个是前苏联发射的,并创造了多项世界之最,如:空间站的尺寸最大,运行寿命最长,人在空间站生活和工作的时间最长等等。这些使前苏联/俄罗斯在空间站领域独占鳌头,至今还保持领先地位。     

货运飞船遥操作交会对接仿真试验系统初步设计与仿真分析

以无人货运飞船与空间站交会对接为背景,设计并构建了一套货运飞船遥操作交会对接仿真系统,用于模拟空间站内航天员遥操作货运飞船进行交会对接,重点是各种时延条件下的仿真试验及评估分析.试验结果表明:在所设定的时延范围内,燃料消耗和任务用时受到时延大小的影响,而对接成功率和安全率则不受影响,即在TV图像和测量数据等辅助下,可完成航天员遥操作货运飞船与空间站的交会对接任务.     

火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术研究

根据国内外空间交会对接技术的发展现状,以及我国深空探测任务的不断发展,提出研究火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术,满足我国航天事业的未来发展和规划复杂飞行任务的需求。重点对火箭在轨大尺寸、重负载交会对接的关键技术进行了梳理,通过分析认为火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术的研究复杂、难度大、周期长,因此其预研工作的开始已经迫在眉睫。     

交会对接成像敏感器的光点筛选改进

首先介绍了交会对接成像敏感器图像光点匹配算法.基于对在轨图像光点动态特性的研究,为解决交会对接过程中目标误识别、误匹配,以及匹配、适配过程严重耗时的缺陷,提出了光点形状筛选和光点大小分组2套匹配改进算法,并设计了基于光点形状大小动态特性改进的光点匹配算法.该方法以交会对接走廊中不同相对距离时目标光斑大小的最大差别为依据,针对每一个光点,仅将光斑大小与其在同一合理范围内的其他光点一起进行目标匹配.实验结果表明,该方法杜绝误匹配等异常错误的同时,极大地提高了运算效率.该方法可以成为在轨交会对接末段制导实时测算的重要保障,目前已在众多航天器在轨交会对接、空间交会逼近试验中使用.     

交会对接成像敏感器成像参数设计

基于交会对接成像敏感器在轨成像目标相对距离变化较大的特性,分析了敏感器嵌入式软件对曝光积分时间、激光发光功率等各项成像参数配置的方法。针对有先验数据、无先验数据初始捕获、跟踪模式等三个不同的工作模式特性与模式切换逻辑,设计了一种初始捕获参数试配方法,并将其与跟踪模式下的最优化参数实时计算相结合,形成了完整的交会对接成像敏感器成像参数设计方案,并进行了仿真测试,结果表明该方法能够有效确保在轨实时图像清晰度满足位姿测算要求,可为交会对接末段制导相对位姿测算提供保障。该方法拟应用于我国后续交会对接任务中。     

国际空间站俄罗斯舱段20年主要科研活动及未来部署综述

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。俄罗斯舱段作为国际空间站重要组成部分,除承担与载人飞船对接的任务外,还在技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学及地球与空间科学等6个研究领域开展了大量的科学实验,其中以人体研究领域的实验最多。有很大一部分实验是长期持续开展的系列实验,且每期实验的研究重点围绕总目标逐步深入,取得了多项有价值的研究成果。未来几年,俄罗斯还计划发射3个舱段,并在此基础上建设独立运行的本国轨道空间站,俄罗斯舱段仍有巨大的应用前景。     

典型载人航天器密封舱结构空间碎片高速撞击声发射定位技术研究

空间站等大型载人航天器因体积大、在轨时间长容易受到空间碎片撞击,作为应对措施,人们提出利用空间碎片在轨感知系统实时监测撞击事件,撞击点定位是在轨感知系统的基本任务之一。为此,本文首先测量了加筋板内s0波波速,根据波速变化规律提出名义波速的概念,在此基础上将虚拟波阵面法推广用于载人密封舱结构,实现对空间碎片撞击事件的精确定位。最后,分别进行了碎片云高速撞击周期性加筋板和空间站小柱段舱壁枪击定位试验,试验结果表明:可将密封舱内声发射信号传播速度视为定值即"名义波速",在此基础上虚拟波阵面法可推广用于密封舱结构。     

航天器人控交会对接系统工效学要求与评价技术研究及实践

从人-系统整合的角度分析提出了工效学要求指标体系,通过试验研究确定了工效学要求,基于小样本理论和可靠性试验方法建立了复杂人控回路工效学评价方法。对人控交会对接系统工程设计开展了系统级评价试验,重点评估了航天器显控系统与人的能力匹配性;结合神舟八号与天空一号自动对接过程中下传的电视图像分析确定了人控交会对接适宜的光照环境;通过神舟九号和神舟十号载人航天飞行任务中人控交会对接试验,验证了工效学要求的合理性和工效学评价结果的正确性。最后提出了我国空间站任务阶段航天器人控交会对接系统工效学研究的重点。     

美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机STS-122任务综述

北京时间2008年2月8日凌晨3时45分(以下如无特殊说明,时间均为北京时间),美国"亚特兰蒂斯"号航天飞机搭载7名航天员从肯尼迪航天中心39A发射台发射升空,并于10日凌晨1时25分与国际空间站顺利对接。这是美国航天飞机的第121次航天任务,同时也是2008年的首次飞行,执行STS-122任务的主要目的是将由欧洲建造的"哥伦布"实验舱送到国际空间站上。期间,航天员共完成     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题。设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化。设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合。交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务。     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施简

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题.设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化.设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合.交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务.     

地球交会对接任务发射时刻分析

为减少交会对接过程中轨道面修正的推进剂消耗,考虑到地球交会对接任务中两航天器高度差异带来的升交点漂移速度差异的影响,对追踪航天器发射时刻选取进行了分析,提出了精确发射时刻的迭代计算方法。仿真结果表明该计算方法能够快速精确地得到交会对接任务发射时刻。     

空间交会对接中太阳光照窗口的研究

在空间交会对接过程中，光学测量装置对目标航天器的观测将直接受太阳光照反射强度的影响，空间交会对接必须在满足太阳光照条件的前提下进行，从正常交会对接和异常交会对接两个方面，详细分析了满足目标航天器光照条件的光照弧段和光照窗口问题，并且简要地讨论了地影区对光照弧段和光照窗口的影响，最后通过一个仿真算例，具体说明了光照条件及地影区对交会对接的约束。     

欧洲数据中继系统的中继卫星

欧洲准备从90年代中期开始部暑在轨基础设施(IOI),其主要组成是各种哥伦布极轨平台(服务于各种对地观测任务,Envisat—1和Metop—1),对接在自由号空间站上的哥伦布固连实验室,尤里卡和SPOT—4。 该IOI的一个重要部分将是数据中继系统(DRS),它将由两颗同步定点工作星(位于西经44°和东经59°上空)组成,其任务是完成低地球轨道(LEO)航天器和地面之间的通信。 本文介绍DRS通信系统的关键特性以及当前勾划的DRS卫星基本结构。     

载人航天器操作器系统述评(续)

地球轨道载人航天器的操作器系统用于支持微重力环境舱外活动运作,对空间站的组建与维护以及空间科学实验具有重要的作用。研究分析美国航天飞机与国际空间站及俄罗斯和平号空间站上所有的操作器系统,即美国航天飞机遥控操作器系统;国际空间站上的空间站移动服务系统、日本实验舱遥控操作器系统、欧洲自动臂、轨道更换单元搬运装置、以及改进型天箭号吊机;和平号空间站上的天箭号吊机与舱段再对接操作器系统。其中,轨道更换单元搬运装置与天箭号吊机由航天员直接手动操作,而其它操作器系统都是自动运作。每个操作器系统都有确定的应用目的,合理的设计使它们成功地执行各自所赋予的使命。     

交会对接任务两目标协同控制技术研究

在载人航天工程交会对接任务阶段,北京航天飞行控制中心首次实现了真正意义上的两目标协同控制,完成了协同体系构建、协同模式研究、协同技术攻关、协同方案设计、协同系统研制的完整技术演进过程。本文主要目标是对交会对接任务北京中心的两目标协同控制技术研究成果进行总结,主要涉及在交会对接任务协同控制技术体系构建、两目标关联计划工作模式、两目标注入安排协同设计与实施的经验与不足,通过对协同系统在交会对接任务中的实战应用情况,分析交会对接任务在协同自动化手段方面的成果和后续改进完善方向,为后续空间站任务设计和实现更复杂的多目标协同控制体系积累经验和教训。     

大型低轨道载人航天器电位主动控制

采用高电压太阳电池阵供电系统的低轨道(LEO)大型航天器会收集周围空间环境电子电流,使其被充电到较高的负电位,从而对航天器交会对接和航天员出舱产生严重的危害,因此对这种航天器表面电位进行主动控制可有效降低航天器运行风险和保障航天员安全。采用地面模拟试验的方法,利用空心阴极等离子体接触器发射电子的手段,模拟太空环境下对带负电航天器表面电位进行有效控制。研究结果表明,最小工质流率大于4.0 sccm时空心阴极发射的电子电流可以抵消航天器吸收的电子电流,实现航天器电位的自适应控制,将航天器表面电位钳制在20 V之内;且随着氙气流率的增加,钳位电压会更小。这一方法将有效避免航天员出舱活动和航天器交会对接时的放电危险,对中国航天器带电效应防护具有很重要的意义。