手控遙操作是航天科技集團五院專為無人來訪飛行器研發(fā)的功能,是飛船制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的一部分。航天科技集團五院相關(guān)負責(zé)人介紹,該功能和神舟載人飛船的手控交會對接類似,手控遙操作交會對接,是對“天舟”貨運飛船自動交會對接的備份手段。手控遙操作交會對接作為空間站與來訪飛行器交會對接的重要模式,此次試驗,是首次由航天員在軌利用手控遙操作設(shè)備,控制貨運飛船與空間站進行交會對接,初步驗證了空間站與來訪飛行器手控遙操作系統(tǒng)的功能、性能以及天地間協(xié)同工作程序的合理性。
航天員坐在空間站核心艙里,即可遠程“駕駛”貨運飛船與空間站進行對接。全程,航天員的視角是從飛船“看向”空間站的,仿佛坐在貨運飛船里。航天員面對的儀表系統(tǒng)、操作手柄等,與此前神舟飛船實施的兩次手控交會大同小異,最大限度減小了航天員的訓(xùn)練難度,減輕了操作、識別負擔(dān)。試驗開始后,天舟二號貨運飛船從核心艙節(jié)點艙前向端口分離,航天員通過手控遙操作方式,控制貨運飛船撤離至預(yù)定停泊點。短暫停泊后,轉(zhuǎn)入平移靠攏段,控制貨運飛船與空間站組合體精準(zhǔn)完成前向交會對接。
與載人飛船的手控交會對接相比,貨運飛船的手控遙操作有著自己的難點和特點。在操作的響應(yīng)速度和運動的敏捷性上,載人飛船與貨運飛船的區(qū)別,就如同開轎車和開貨車。其原因有二,一是貨運飛船的手控遙操作需要把貨運飛船攝像機“看到”的圖像傳到空間站,空間站上的航天員再將指令傳回貨運飛船,一來一回,就造成了航天員反應(yīng)和執(zhí)行指令的延時;二是貨運飛船要比載人飛船重,平移加速度小,因此動作不敏捷。
在前期的探索實踐中,我國已經(jīng)進行多次空間交會對接試驗,解決了空間交會對接的問題,掌握了交會對接全自動控制技術(shù)及飛船航天員手動控制技術(shù)。神舟九號航天員劉旺在太空打出一個漂亮的“十環(huán)”,證明了我國航天員具有高超的、世界一流的手動操作水平與優(yōu)秀的心理素質(zhì)。此后的例行飛行中,交會對接采用自控為主、手控為輔的方式,以減輕航天員的負荷。在自動控制出現(xiàn)故障的情況下,或遭遇突發(fā)事件時(如面臨軌道碎片碰撞危險),航天員將手動介入,執(zhí)行飛行命令。
對接機構(gòu)設(shè)計的最基本原則是在保證機構(gòu)具備所要求的功能的同時,還要有高可靠性和盡可能小的重量,因此國際上一般應(yīng)用遠距離采用自動和近距離采用手動與自動相結(jié)合的方案,這樣既比較安全可靠又能保證足夠精度,并實現(xiàn)軟對接。當(dāng)最終逼近階段的自控飛行范圍不易掌握時,采用人工控制后可提高任務(wù)成功率。
之前的多次對接,都是航天器升上軌道后2天后才進行對接的,而神舟十二號是升到軌道后6.5小時就直接與天宮空間站天和核心艙對接了。從2天到6.5小時,這是技術(shù)的巨大發(fā)展和進步。
交會對接是指兩個航頭站在軌道中合并成一個整體飛行的技術(shù),是建設(shè)空間站的必須技術(shù),涉及到建設(shè)、航天員入駐和貨運等服務(wù)。交會對接可分為人工控制或者自動控制。
人工控制主要是由航天員控制,地面控制站輔助方式進行;而自動控制是由航天器控制系統(tǒng)根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)控制速度和方向進行交會對接。神舟八號是無人飛行任務(wù),所以主要測試的是自動對接技術(shù),而神舟九號是首次載人交會對接,在自動交會對接后,也測試了航天員手動對接。
交會對接是航天器發(fā)射到比目標(biāo)航天器低一點的軌道,然后通過變軌和目標(biāo)航天器同一軌道并靠近,根據(jù)距離和設(shè)備收集的信息,開始控制速度和方向與目標(biāo)航天器連接。
之前需要2天時間才能開始對接,主要是需要時間變軌和軌道方面的計算,所以需要飛船圍繞地球運行多個次數(shù),根據(jù)時機變軌接近天宮一號和天宮二號。而自動快速交會對接,就是在變軌階段飛船就開始通過相關(guān)信息,包括北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置信息,天宮空間站天和核心艙的軌道和速度,并且設(shè)備提供的速度信息,開始智能計算和導(dǎo)航靠近天和核心艙。節(jié)省的就是這段時間。
交會對接技術(shù)未來發(fā)展
在突破和掌握近地軌道長期有人駐留和有人參與近地空間應(yīng)用等相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上,載人登月、載人小行星探測、載人火星探測等載人深空探索活動成為國際上重要發(fā)展方向,而交會對接技術(shù)是實現(xiàn)未來載人深空探索任務(wù)的重要手段。交會對接技術(shù)還需進一步發(fā)展,包括有效和經(jīng)濟的交會對接系統(tǒng)策略、權(quán)衡使用自主和有人控制方法、發(fā)展先進敏感器技術(shù)和發(fā)展交會對接機構(gòu)等,以滿足未來任務(wù)的需求。