前向交会对接飞行试验验证方案分析

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1、摘要在空间实验室任务期间开展前向交会对接试验验证能够完全掌握交会对接技术，为我国空间站的前向交会对接提供技术基础。基于后向交会对接方案，对有绕飞和无绕飞两种情况的前向交会对接飞行方案进行了初步设计，并结合具体算例对不同飞行方案开展了仿真分析。给出了试验验证飞行方案分析的结论和建议。关键词前向交会对接空间站试验验证飞行方案分类号V526文献标识码A文章编号1674—5825(2011)04—0033—041引言空间站由于长期在轨运行，需要间歇性地进行乘员轮换【t1和消耗品补给。在空间站阶段，除了货

2、运飞船的后向对接外，还有载人飞船和实验舱段的前向对接[Zl。在空间实验室任务中，载人飞船和货运飞船均采用后向对接方案，为了在空间实验室任务期间开展前向对接试验验证，完全掌握交会对接技术，有必要对前向交会对接试验验证开展飞行方案分析。本文是在现有交会对接方案的基础上，对在空间实验室任务中开展前向交会对接试验验证的飞行方案进行了专题分析，给出了可能的飞行方案和初步分析结果。2绕飞方案2．1方案设想联盟飞船在近距离导引段的末段，由于预计的对接口指向可能与当前的逼近方向不一致。为了对准目标航天器对接轴，

3、飞船需要在距目标航天器400m～200m的距离上进行绕飞[31，转移到+V—bar、一V—bar、R—bar上的对接口或惯性对接口所需要的逼近线上(图1)。绕飞一般采用二冲量转移，根据对接轴方向的不同，其冲量可能具有径向和轨道平面外的分量。而径向与轨道平面外转移都是周期运动，在一个轨道周期后仍会回到出发点。图1联盟／进步号的绕飞逼近相对轨道结合交会对接方案，在开展空间实验室的前向对接飞行试验时，飞船绕飞前空间实验室仍采取前向对接口朝后的倒飞模式，首先通过地面导引段和寻的段，将飞船导引至空间实验室

4、正后方5km处，如考虑接近段，可继续导引至空间实验室正后方在400m处，根据飞船绕飞的起点和终点的不同，飞船从后方绕飞至前方的飞行方案主要包括以下四种：来稿日期：201l划_3l；修回日期：201l埘一25。作者简介：黄海兵(1978．03一)，男，博士，讲师，主要从事空问交会对接动力学与控制研究工作。33载人航天2011年第4期基础研究方案a，从正后方5kin绕飞到正前方400m；方案b，从正后方400m绕飞到正前方400m；方案C，从正后方400m绕飞到正前方150m；方案d，从正后方150

5、m绕飞到正前方150m。2．2算例分析由于是在V—bar上转移，算例采用径向两脉冲CW制导，针对上述4种飞行方案开展了仿真分析，表1给出了四种方案的相关仿真结果对比，其中盲区时间是指在绕飞过程中，轨迹在交会雷达视场外的时间，交会雷达在轨道面内的视场角范围取为卜20。，700】。表l中的制导精度是CW方程轨道外推和高精度轨道预报之间的差异。本文只是对前向交会对接试验验证的飞行方案进行初步设计与分析，并没有考虑在绕飞过程中交会雷达的安装和测量误，^、oV搬霹举^0援蠼露／7一，7／?÷∥⋯l}，时间

6、(s)a方案t／／一／●--●●y●●●●●／●----7，r7时间(s)e方案差、变轨执行误差、大气模型误差等。图2给出了不同方案绕飞过程中的视场角变化曲线，可见，不同飞行方案交会雷达的总的盲区时间相差无几，只是进入盲区时间有先后的差别。为了保表1不同方案对比燃料消耗制导精度盲区时间方案(kg)(m)(毒)方案a8．319540约500方案b1．233l5约500方案CO．84785约500方案d0．46243约5001∞踟6040，、加搬0粪’20．40．∞．80．1∞／．、o援蠼察，7Y7

7、／。●●●／j／●●衫／_●70500101301500：200025∞3000时间(3)b方案／≠／T●／●_／--厂⋯／●●_7图2不同方案绕飞过程视场角变化关系证飞船在绕飞过程中有足够的交会雷达测量时段，考虑将空间实验室的偏航180。姿态机动安排在飞船进入盲区之后，出盲区时机动完毕，在此期间，飞船也进行偏航180。姿态机动，这样可保证飞船能够尽34时间(s)d方案早地捕获空间实验室。图3给出了空间实验室和飞船在盲区同时偏航180。后方案C绕飞过程中交会雷达测量情况的示意。从4种飞行方案的技

8、术继承性来看，方案a和e基础研究载人航天2011年第4期ii：；：i、、'籍：；j—l嗨Zj：i：：j¨’i；，i；i、峰一l∞吩獗；；搿。1驾告广二始：图3方案c绕飞过程交会雷达测量情况较好，主要是由于方案a和c没有增加额外的飞行阶段和时间，只是将原来的接近段换成绕飞段而已，仍能够满足对接过程的测控要求，而方案b和d相比原有对接方案，在最后平移靠拢段会增加半个轨道周期的绕飞段，将会带来对接过程星下点的后移，可能难以满足对接过程在我国上空的需求。3无绕飞方案3．I方案设想参考后向对接过程的寻的段