天宫二号、神舟十一号组合体如何实现在轨平稳运行?

1474949组合体手控遥操作显示系统验证现场

10月17日,神舟十一号载人飞船发射升空,并于19日与天宫二号空间实验室进行了交会对接,携手畅游太空,探索广袤宇宙的奥秘。

航天器想在布满宇宙射线、高能粒子的太空环境中平稳飞行可不能“天马行空”,需要严格按照预定的轨道进行。

与车辆在地面高速公路上行驶只需要控制前进方向不同,要在太空中行驶,需要精准地控制上、下、左、右、前、后等多个方向。这对航天器控制系统提出了极高的要求。

天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船面临的挑战则更为严峻。为了完成承载航天员进行我国首次30天中期在轨驻留试验,这两个将近10吨的“大家伙”通过组合体控制技术实现“1+1=1”,在高速飞行中保持对接轨道毫厘不差,并“优美”运行,上演了一出令人惊叹的“太空华尔兹”。

“天神”组合体是怎样把这曲“太空华尔兹”跳圆满的?中国航天科技集团公司五院组合体控制系统主任设计师蔡彪说,研制者把关键着眼点放在了天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船的设计上,从硬件和软件两方面齐动手,不断优化组合体控制技术。

组合体在太空中运行,遇到的首要问题是通过太阳能的转化来提供很多设备工作所需要的电力能源。

在绕地运行的过程中,为了确保组合体上的太阳能帆板始终对准太阳,尽可能多地接受阳光照射,“天神”组合体需要时刻调整姿态。

据蔡彪介绍,设计师们为了应对组合体长期在轨运行可能面临的太阳方位不好等情况,为“天神”组合首次“武装”了连续偏航机动技术,使组合体能够随时调整自身飞行姿态,快速、灵活地以最佳角度接受阳光的照射,从而实时保持组合体充足的能源供应。

在复杂的太空环境中上演“华尔兹”时,“天神”组合体万一遇到突发情况该怎么办?研制者们早就想到了这一点,并已经用创新技术为“天神”组合体进行了“托底”。

研制者们在包括控制系统在内的系统配置和软硬件设计之中采用了多重备份,制定了10余种正常和安全飞行模式,保证了当出现任何一重故障时,组合体都可以正常工作。退一万步讲,当同时出现两重故障时,科研人员设计了故障诊断和自主重构策略,使组合体具备在轨自主或航天员手动参与完成系统安全模式转换的能力。

即使在飞船与天宫二号解锁分离时产生一定的姿态干扰,出现晃动也不用担心。科研人员设计出的轨迹规划依旧可以保证天宫二号空间实验室在任何状态下的有效控制,并在1分钟之内回归到正常稳定的飞行状态。

蔡彪介绍,针对“天神”组合体的任务特点,设计师们还在软件算法、智能控制、硬件性能、系统抗干扰等方面进行了创新和优化,大大提升了组合体控制的性能和效率。

“太空一曲华尔兹”,航天事业一大步。蔡彪说,通过“天神”组合体的飞行试验以及为之付出的努力,研制者们可以进一步检验和完善组合体控制系统的自主故障诊断、智能控制等能力,这将为未来空间站多舱段融合和整体运行控制奠定坚实的技术基础。

(本文来源:中国航天报)

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