空间交会对接技术的发展

两个航天器在太空进行交会对接是一项相当复杂的技术,这也是苏联/俄罗斯、美国和中国把它放在航天员太空出舱活动之后,再通过多次发射来攻克它的重要原因。苏联/俄罗斯的航天器从20世纪60年代就突破了空间交会对接技术,但在2010年还是出现了空间交会对接故障。所以,我国对突破空间交会对接技术很重视,将在2011年、2012年陆续发射神舟-8、9、10飞船分别与天宫-1目标飞行器进行交会对接试验,从而掌握这一技术。     

苏联/俄罗斯的空间交会对接技术

目前,在世界空间交会对接技术领域处于领先地位的是俄罗斯和美国。苏联/俄罗斯是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,其对接形式也多种多样,有无人飞船与无人飞船的对接,有载人飞船、无人飞船与空间站的对接,以及空间站模块舱间的交会对接和组装等。苏联/俄罗斯在航天器的空间交会对接中积累了丰富的成功经验,也有不少失败的教训,很值得借鉴。     

航天器空间交会对接中的最大一起事故

在载人航天活动早期,由于技术复杂,航天器之间在进行空间交会对接过程中经常发生故障与事故,其主要原因是交会对接技术不成熟,例如,自动交会对接测量失灵、对接机构故障等在1960—2008年底苏联／俄罗斯载人航天飞行中,一共发射了104艘“联盟”系列飞船和86艘“进步”系列飞船,其中空间交会对接故障15次,发生交会对接故障的概率约为8％,最大的1次空间交会对接事故是1997年6月进步M-34与和平号空间站相撞。     

空间交会对接技术概览

从20世纪60年代至今,全世界已经进行了300多次空间交会对接活动。空间交会对接技术在美国、苏联/俄罗斯发展了很多年,已经成为相对成熟的技术;而我国的空间交会对接技术还处于起步阶段。     

轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.     

艰难又成功的对接过程

两个航天器在轨道上交会对接，是一项非常复杂的和非常困难的过程，航天员必须谨慎操作，地面测控站必须精心指挥，任何一丝疏忽大意，都可能导致对接失败，甚至使航天器因撞击不当而损坏。俄罗斯在其联盟号飞船与空间站方面已积累了７０多次交会对接的实践经验。尽管如此，有时也难免功亏一篑，对接不成。对于美国航天飞机来说，在轨道上与另一航天器对接还是第一次。过去有过多次与轨道上的卫星进行空间交会的经验，但从来没有对接过，何况是与另一个国家的空间站对接，无论是技术风险，还是政治风险都是很大的。好在亚特兰蒂斯号航天飞机…     

美国的空间交会对接技术

为了给"阿波罗"登月计划作技术准备,美国研制和发射了"双子星座"系列两舱式飞船,用于突破和掌握太空行走和空间交会对接技术。1966年3月,美国"双子星座"8号飞船与由"阿金纳"火箭末级改装的目标航天器实现了世界上首次交会对接。1969年7月,美国"阿波罗"指令舱与登月舱实现了首次月球轨道人控交会对接。进入20世纪80年代,美国投入巨大的人力、物力,     

人控遥操作交会对接设计与验证

人控操作交会对接是指操作人员在远端通过遥操作方式控制追踪航天器进行交会对接,主要用于无人航天器自动交会对接系统故障条件下交会对接控制.简要介绍遥操作交会对接的基本概念,给出实现人控遥操作交会对接三种方案,设计一种易于工程实现的遥操作交会对接系统,分析关键技术并给出了解决方法;根据设计的系统方案,进行遥操作交会对接试验,试验结果表明设计方案合理可行.     

苏联／俄罗斯航天器交会对接故障

1交会对接故障统计 截至2008年底，苏联／俄罗斯已发射了104艘“联盟”系列载人飞船和86艘“进步”系列货运飞船，其中发生故障15次，发生交会对接故障的概率约为8％。     

人控交会对接摄像机调光算法 设计与验证方法研究

航天器人控交会对接过程中,空间光照环境极为复杂.摄像机作为最主要的相对测量敏感器,需要设计合理的调光算法以适应各种工况.详细分析了航天器的空间光照环境,针对人控交会对接的场景特点,对基于直方图的自动调光算法提出了改进措施,并提出了全面的地面验证测试方法,证明了改进后的直方图自动调光算法的合理性.     

基于代码自动生成的空间交会GNC系统仿真平台

空间交会对接GNC系统涉及目标器和追踪器两个航天器的姿态轨道控制,其数学仿真比一般的卫星更复杂.给出一种轨道动力学、姿态动力学、相对动力学、测量及执行部件等仿真模型的规范化方法,并在此基础上,提出一套基于代码自动生成技术的空间交会对接GNC仿真平台,该平台的模块化和自动化程度高、软件的可读性和通用性强,实现了两个航天器的快速规范化仿真,显著提高了研究人员的工作效率,为空间交会GNC系统的设计和仿真提供了良好的支持.     

空间交会对接GNC软件的自动化测试

介绍一种面向航天器空间交会对接GNC软件的自动化测试方法,通过对测试用例和测试脚本的管理、测试过程的自动执行、测试数据的判读和测试缺陷管理,实现对航天器空间交会对接软件的自动化测试.实践表明所述的自动化测试方法在GNC软件的测试中发挥了重要作用.     

《航天器交会对接技术》专著出版

交会对接是载人航天工程中的一项重大关键技术，是全面完成载人航天任务必须要解决的技术问题，也是人类向更大规模、更远宇宙空间进行航天活动的必要前提。在中国空间技术研究院的支持下，《航天器交会对接技术》（朱仁璋著）已于2007年10月出版面世。全书共分6章，着重阐述航天器交会对接总体设计，     

基于线性协方差方法的交会对接误差分析

将线性协方差分析方法和蒙特卡罗仿真相结合,按交会任务和飞行特征把交会过程分为变轨飞行、自由飞行和中途速度修正三种特征段,研究了状态误差的传播规律和交会过程中各种误差对交会对接精度的影响。在变轨飞行段,分析了追踪航天器的姿态误差、控制系统性能状态估计误差,以及目标航天器轨道摄动对状态误差传播的影响。在自由飞行段,分析了追踪航天器估计状态误差的先验值和测轨误差对状态误差传播的影响。在中途速度修正段,分析了追踪航天器姿态误差和控制系统性能误差对状态误差传播的影响。仿真结果表明,误差分析方法设计合理,可以指导交会对接的轨道设计工作,能对已经设计好的交会策略进行误差分析和设计验证。     

交会对接光学成像敏感器中合作目标的分析与设计

交会对接技术是实现太空梭、太空平台和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、太空人交换及营救等在轨服务的先决条件，交会对接光学成像敏感器是两航天器交会对接近距离平移靠拢段唯一能够提供六自由度相对导航信息的敏感器，由安装于追踪飞行器上的相机和安装于目标飞行器上的合作目标组成，采用角反射器作为合作目标标志，完成两飞行器间的相对位姿的解算.对其需求分析、设计方案、回光能量测试等进行了讨论，该方案已在神舟十一号载人飞船、天舟一号货运飞船与天宫二号的交会对接任务中成功验证，后续针对空间站及光学舱任务进行适应性修改.     

空间交会对接:太空演绎“高难度”

我国已宣布将于今年下半年择机发射天宫一号目标飞行器和神舟八号载人飞船,在轨道上进行首次空间交会对接试验。这将是我国载人航天发展史上又一重要里程碑,也是世界载人航天史上的一件大事,势必引起国人和世人的密切关注。空间交会对接试验吸引人们关注的重要原因不仅是     

美国空间交会对接测量技术发展研究

随着载人航天技术的发展和人类探索空间活动的深入,空间交会对接技术在越来越多的空间飞行任务中得到广泛应用。作为载人航天工程中的一个重要组成部分,空间交会对接也是我国实施空间实验室和空间站计划必须要突破的关键技术之一。航天器在空间完成交会对接的整个过程,实际上也是精确测量与控制的过程,空间交会对接测量技术是成功实现空间交会对接的关键。     

他山之石 可以攻玉——国外卫星在轨操作系统发展分析

卫星在轨操作任务主要包括在轨燃料加注、在轨模块更换、在轨发射、在轨空间碎片清除等。值得指出的是,在轨操作可以针对己方航天器进行,也可以针对敌方航天器进行。能够通过在轨加注延长航天器寿命,也可以利用交会对接和空间机械手技术将敌方航天器拖离目标轨道,具有巨大的商业和军用潜力。     

航天器双主动交会策略研究

从理论上分析了共面近地圆轨道上的航天器的远程双主动交会的问题.根据轨道动力学基本原理,导出各种情况下特征速度的解析解,为航天器变轨时的燃料消耗分析提供了依据.进一步探讨了航天器轨道转移过程中的时间策略,以保证在不同轨道上运行的航天器在同一时刻、同一空间位置交会.上述理论分析的仿真计算结果表明,双主动交会总特征速度和过程耗时都低于主被动交会情形,单星的燃料消耗大大降低,对大范围快速变轨,优势更加明显.     

中国太空家园奠基

随着天宫一号和神舟八号的升空,中国载人航天二期工程第一阶段交会对接任务拉开的序幕。中国载人航天二期工程战略任务中国载人航天第二步的发展战略是实施航天器空间交会对接,突破和掌握航天器交会对接技术,建设短期有人照料,长期自主运行的空间实验