[科普中國]-航天器對接

簡介

航天器對接是指2個(gè)航天器在宇宙空間完成連接、保持連接和分離的操作1。隨著航天技術(shù)的發(fā)展,參加對接的航天器愈來愈復(fù)雜,通常都帶有大型撓性附件,如太陽帆板。

常用對接技術(shù)就航天器對接過程中最終逼近段航天器間的相對位置姿態(tài)測量而言，現(xiàn)在普遍采用基于CCD相機(jī)的計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)，即目標(biāo)航天器上安裝數(shù)量有限、幾何尺寸及形狀已知的特征點(diǎn)，在追蹤航天器上安裝CCD相機(jī)，通過對特征點(diǎn)在CCD相機(jī)上所成圖像的分析處理得到航天器間的相對位置姿態(tài)2。

根據(jù)使用的CCD相機(jī)數(shù)量，基于CCD相機(jī)的計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)可以簡單地分為單目視覺法、雙目視覺法、三目視覺法。

對接過程空間飛行器的對接是指在完成交會后,兩個(gè)飛行器經(jīng)過接近、接觸、滑動、捕獲和校正,最后緊固聯(lián)結(jié)成一個(gè)復(fù)合的飛行器整體的過程3。它大致可分為三個(gè)階段:

1)接近至首次接觸階段。該階段從交會結(jié)束開始到兩個(gè)飛行器的對接機(jī)構(gòu)首次接觸時(shí)止。

2)滑動與捕獲階段。兩個(gè)飛行器上的對接機(jī)構(gòu)相互接觸后,通過導(dǎo)向瓣和捕獲環(huán)的滑動以及飛行器的剛體運(yùn)動,再加上緩沖阻尼器的緩沖作用,使得兩個(gè)飛行器的捕獲環(huán)間的相對偏差逐漸降低。當(dāng)相對偏差小于某一允許值時(shí),即認(rèn)為完成捕獲,該階段結(jié)束。

3)捕獲后衰減校正和結(jié)構(gòu)上鎖住階段。在緩沖阻尼器的作用下,兩飛行器的相對運(yùn)動被抑制,并使兩個(gè)飛行器的對接環(huán)全面對準(zhǔn),繼而結(jié)構(gòu)鎖使兩飛行器全面緊固。

通常交會結(jié)束時(shí),兩飛行器之間總是存在位置和姿態(tài)的偏差。當(dāng)這些偏差在允許的范圍之內(nèi)時(shí),就構(gòu)成了對接的初始條件。在一定的對接初始條件下,兩飛行器先是相互接近,接近過程中一旦出現(xiàn)導(dǎo)向瓣之間、捕獲環(huán)之間或?qū)虬旰筒东@環(huán)之間的某些點(diǎn)相互接觸,則接近至首次接觸階段結(jié)束。

對接過程中放電空間等離子體與航天器相互作用，會使航天器表面攜帶大量的電荷。由于航天器表面材料和形狀的不同，其不同部位積累電荷不均勻，形成的電位差稱為相對電位。航天器攜帶的電荷相對周圍未受擾動的等離子體的電位稱為航天器的絕對電位。

低地球軌道（LEO）航天器的絕對電位對獨(dú)立運(yùn)行的航天器造成的影響不大，但是當(dāng)兩個(gè)航天器對接時(shí)，由于兩個(gè)航天器的絕對電位不相同而攜帶不等量電荷會造成靜電放電。