科普：航天飞机是如何与国际空间站对接的 | ||||||||||
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| http://www.sina.com.cn 2006年07月08日 17:42 《国际太空》 | ||||||||||
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航天飞机最重要的用途就是为空间站提供运输服务。为此，它与空间站的交会与对接至关重要。经过2天的追逐，美国东部时间7月6日22时52分(北京时间6日22时52分)，美国发现号航天飞机赶上了“国际空间站”，并与其命运号实验舱PMA-2密封对接适配器成功对接。 2个航天器在茫茫太空中对接是一项十分有用而复杂的技术。以前，美苏航天器在太空对接过程中曾出现过不少事故，有的甚至威胁到航天员的安全。不过，现在美国和俄罗斯
1 太空大追逐 航天飞机与“国际空间站”对接前必须先进行交会，即会合。航天飞机在太空中飞行时不能像鸟一样任意飞向“国际空间站”。它必须沿着轨道运行，所以要精确地测量和计算出航天飞机与“国际空间站”的轨道和运行速度，精确地控制航天飞机的运行轨道，调整自己的轨道，使航天飞机与“国际空间站”在同一轨道上运行。 这2个航天器在对接时还要求精确地控制各自的朝向，使2对接面的中心轴要在同一条对接轴上，如果错位就无法对接了。另外，航天飞机与“国际空间站”在相互接近时相对速度接近于零，不能有激烈的碰撞。这些都涉及到制导导航、跟踪、轨道调整等技术。 在参与空间交会与对接的2个航天器中，1个称目标航天器，一般是空间站或其他的大型航天器，即准备对接的目标；另1个称追踪航天器，一般是地面发射的宇宙飞船、航天飞机等，即与目标航天器对接的对象。 空间交会与对接过程一般是首先由地面发射追踪航天器，由地面控制，使它按比目标航天器稍微低一点的圆轨道运行；接着，通过变轨使其进入与目标航天器高度基本一致的轨道，并与目标航天器建立通信关系；接着，追踪航天器调整自己与目标航天器的相对距离和姿态，向目标航天器靠近；最后当2个航天器的距离为零时，完成对接合拢操作，结束对接过程。 2.优美的4步 航天飞机从发射入轨到最后与“国际空间站”完成刚性连接，整个过程大致可分为地面导引、自动寻的、最后逼近、对接合拢4个阶段。 (1)地面导引阶段：航天飞机发射以后，在地面测量数据的支持下它完成若干次机动，使之进入所载空间交会雷达或轨道会合雷达等敏感器能捕获到目标航天器的范围内，即航天飞机与空间站的距离小于100千米。航天飞机一旦发现空间站，就立即确定空间站的位置。 (2)自动寻的阶段：使用航天飞机上计算机和导航设备，确定空间站的轨道参数，再次进行轨道机动，把航天飞机导引到距空间站100～200米左右的地方，即进入交会区。然后，航天飞机围绕空间站飞行，并对自身的运动状态和飞行姿态作必要的调整，对空间站进行更精确的测量，并与空间站建立通信联络关系。 (3)最终逼近阶段：按照设计的距离和距离变化率变化范围，寻找对接走廊，即把航天飞机机动到对接轴上，同时降低它与空间站的相对速度。当双方距离约30～300米时，启动航天飞机上小推力器，以1.5～3米/秒的相对速度接近空间站，同时改变航天飞机的姿态，以满足对接时要求。当航天飞机与空间站逐渐缩短到几厘米左右后，它们的相对速度为零或接近于零，对接机构开始接触。 (4)对接阶段：发现号和空间站在地球上空约341千米开始接触时，它们各自所载的对接敏感器便发出接触信号，此时发现号和空间站的姿态和轨道控制系统停止工作，对接机构上的撞锁开始动作，然后利用指示撞锁合拢的开关信号启动对接后继阶段。对接过程包括对接机构锁紧、密封等，接着由检验对接是否成功，若成功，则在地面监控下完成各种管线(数据线、电源线、流体管路)的连接，然后航天飞机航天员打开舱门与空间站航天员会合。 美国航天飞机与 “国际空间站”的对接采用“异体同构周边”对接机构。这种对接机构是1975年阿波罗-联盟号对接时采用的“异体同构周边”对接机构的改进型。改进后，其3个捕获爪是朝内安装的，由此可以提高对接刚度和密封性。与3个捕获爪朝外安装的传统型相比，这种改进型更适用于大型的航天器。 3 接吻前的拍照 与去年首次复飞一样，发现号在与“国际空间站”对接前一小时，还在位于空间站之下进行了一次高难度的“太空翻转”，让机腹朝上。与此同时，空间站上的航天员维诺格拉多夫和威廉姆斯利用高清晰度长焦数码相机，对发现号背部、侧面和腹部，尤其是底部和腹部交叠区域进行了全面拍照，以检查其表面防热瓦在发射升空过程中有无损伤。其中航天员用镜头焦距较短的相机进行了较低分辨率的拍摄，用于记录航天飞机防热瓦的整体状况；用镜头焦距较长的相机进行了较高分辨率的拍摄，用于记录发现号敏感的防热瓦区域。 其具体过程是：在发现号靠近“国际空间站”时，机长林塞先把发现号停靠在距离“国际空间站”下方大约183米的地方，然后航天飞机在空间站前做一个360°的“后空翻”，以便让站上的维诺格拉多夫和威廉姆斯透过空间站星辰号服务舱面向地球的弦舱，利用长焦数码相机对航天飞机进行拍照；维诺格拉多夫和威廉姆斯还通过安装在航天飞机上的传感设备，监视航天飞机的机翼及其他关键设备的情况。此后，地面工程人员再根据空间站发回的照片确定航天飞机的运行情况。 在对接完成约100分钟后，发现号机组中的欧洲航天员赖特率先“漂”入了空间站，正式加入“国际空间站”第13长期考察组。 (庞之浩) |
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