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“滴——您的快递已送达,请及时取用!”
2023年5月11日,中国天宫空间站在轨的三位航天员收到了来自地球新一批的补给物资。
运送这批物资的“快递员”是我国空间站应用和发展阶段的首发航天器——天舟六号货运飞船,快递运输时间为6.5小时,比上一位“快递员”天舟5号慢了整整4.5个小时。
天舟6号“快递员”成功实现对接,将物资顺利送达目的地
看到这里,一些网友们就开始发弹幕了,咋升级了之后,效率反而更低了呢?天6为何不是2小时快速对接?是因为技术达不到吗?
GNC系统自主选择交会对接时间模式首先我们需要明白的是,飞船对接就跟搭积木是一样的,不管对接时间是长还是短,对我们而言最重要的是对接结果如何。如果能够在保证对接结果成功的情况下,进行更保险的操作,为什么要选择更仓促的发射方案呢?
飞船在太空与空间站对接成功才是最重要的
早前在天舟5号交会对接成功之后,其系统主任设计师刘宗玉就说过,该货运飞船的交会对接过程是由飞船制导、导航与控制系统(GNC系统)控制完成的,而天舟5号的两小时交会对接模式只是该系统下的一个选项。
换言之,GNC系统控制之下的对接时间可以是3小时、5小时,也可以是天舟6号所用的6.5小时。至于最终会选择哪一种模式,还是看系统测量的数据是否满足对接条件。
这么看来,天舟6号也是有2小时快速交会对接这个选择的,只是我们没有用。
天舟6号也是有2小时快速交会对接的选项的
根据资料来看,运载火箭将货运飞船运送到太空之后,货运飞船会飞行预定的轨道圈数,最终到达200公里的近地轨道。再通过几次变轨,让其处于空间站轨道之上,最终实现交会对接。
而快速交会对接的过程包括自主远导和近距离自主交会对接两部分,这个过程主要耗费时间的步骤就是自主远导变轨过程。货船要达到近距离自主交会对接的条件,需要变换的轨道次数可能在5-6次左右,一不小心就得再来一次。
飞船变轨次数在一定程度上决定了整个流程的用时
很显然,6.5小时快速对接模式和2小时快速对接模式最大的区别点,就是后者减少了变轨次数,前者变了6次轨,后者只变了两次。再加上最后阶段靠近速度的提升以及停泊调整的取消,时间自然大幅度减少了。
不过更快时间对接讲究高精度作业,不能存在一丝一毫的偏差,因此对于飞船以及各进程操作要求更高,容错率更低,适合紧急救援情况,并不适合随意选择。
天舟5号采用的2小时快速交会对接属于紧急对接模式
天舟5号的交接时间自然是一个突破性的成就,至于天舟6号为什么不延续加强这个成就的展现力度,主要有两方面原因。
为什么天舟6号不选择更短时间对接呢?首先的天舟6号本身的载重问题。
前面也说了,天舟6号是中国空间站现阶段的首发航天器,也是最新一批改进型货运飞船的首发船。相较于以往的天舟货运飞船,天舟6号的有效装载容积扩大了20%,载货量高达7.4吨,是现役货运飞船中运输能力和载货比最高的。
天舟6号的载货量从原来的6.9吨增加到了7.4吨
而此次任务,天舟6号携带了1.75吨推进剂以及其它各类补给物资,包括衣服、吃的、喝的等等,其中光是新鲜水果都有70公斤。这可比天舟5号携带的水果重量多了近2倍。
载重大了,再加上飞船国产元器件规格比例以及数量都达到了100%,飞船本身存在突破性进步,因此在快速交会对接方面,自然要选择更为稳妥的模式。
天舟六号的载重和元器件都有所改进,选择6.5小时对接更为稳妥
其次是2小时快速对接模式属于高精尖技术,尚需要完善。
早在天舟5号成功对接的时候,国内媒体就有其对接时间创下世界纪录的报道,因此此次任务从某种程度上来说,不排除是一种实验验证行为。
任何高科技技术都是需要时间来完善和巩固的,2小时快速对接的数据固然显眼,但天舟6号相较于天舟5号,不止改变了一个实验变量,贸然采用明显属于紧急救援模式的对接方式,存在较大的对接风险。
2小时快速交会对接技术还需要完善,天舟六号不适合
当然了,我们也说了嘛,2小时快速对接的成就是值得肯定的,毕竟这不仅代表着中国航天技术已经在世界范围内位居前沿,更向全世界展现了什么叫做真正的“中国速度”。
我国交会对接时间成就的跨越事实上,交会对接技术作为载人航天三大关键技术之一,不仅仅是一国航天技术实力的体现,更是航天员放心在太空作业的保障。
我国最早实行交会对接是在2011年,彼时神舟八号与天宫一号交会对接总时长达44个小时,与现在相比简直就是天壤之别。十年之后,天舟二号对接天宫站,用时已经减少到8小时了。
天舟2号对接空间站,用时为8小时
而天舟二号也是我国首次实行快速交会对接的货运飞船,在此之前,天舟一号还用的是半自动交会对接。开了好头之后,神舟十二号、天舟3号、神舟十三号、天舟4号的交会对接时间减少到6.5小时,天舟5号更是直接压缩到2小时,直接创造世界记录。
44小时到2小时的时间跨越,不仅仅只是数字的变化而已,这代表着中国交会对接技术在一步步提升,航天技术的发展从未停止。
而早前在央视的采访中,我国航天科技集团八院载人飞船对接机构主任设计师姚建就表示,我们正是因为在继续优化控制变轨过程,减少变轨次数以及变轨时间,才实现了快速交会对接成就的提升。
姚建表示改变变轨的次数和时间间隔能够减少整体时间成本
不过值得一提的是,因为快速交会对接名称的误导,很多人以为天舟货船的对接就只是比以前的对接飞得更快了而已,这显然是有问题的。
虽然对接时间变少了,但是要在太空实行“积木拼接”可不是个简单的飞行游戏。航天器在太空运行讲究符合天体运行规律,各自有各自的轨道。想要去到指定地点,只有改变轨道,才能“前进”。
就连空间站都是在特定的轨道上运行的
上文也说了,交会对接最为费时的过程就是变轨过程,因此如果只是简单的给飞船加速,是达不到预定目标的,唯有减少轨道控制流程的时间,才能有效达到“快速”二字。
以前的交会对接过程,受到测控条件、多解下飞行程序确定性等外部条件限制,飞船变轨过程是由人为控制的,但是人工操作怎么能比得上计算机快速呢?
交会对接过程使用人工操作会多出很多作业时间
再加上后来的软件自主模式更加精准,因此大部分的计算工作,甚至是对飞船操作的工作都交由机器实行,人类只需要发送指令即可。这显然加快了流程时间。
如今我国航天技术仍在不断进步,太空成了新的竞争领域,你们觉得,未来我国的快速交会对接流程,还会更快一些吗?欢迎评论区留言讨论。