ATV、HTV与ISS交会对接技术分析

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1、专稿载人航天2010年第1期ATV、HTV与ISS交会对接技术分析张丽艳(中国载人航天工程办公室)摘要简要介绍了自动转移飞行器(ATV)和HII转移飞行器(H1v)总体参数、结构组成、与国际空间站(ISS)交会程序和飞行任务概况，总结了飞行任务规划和程序设计特点，分析了ATV和HTV交会对接试验验证、交会对接任务安全性和可靠性设计、应急程序设计等方面的规律与启示。关键词ATvHTv自动交会分类号V526文献标识码A文章编号1674—5825(2010)01—0001—081概述自动转移飞行器(A，Iv)是欧空局(ESA)投资25亿欧元研制的不载人飞行器，旨在为国际空间站(ISS)提供货物运

2、输、推进剂补加、轨道提升、姿态控制，以及垃圾运送等服务，货运能力是“进步”号货运飞船的3倍，是迄今为止欧洲研制的最复杂、最大的飞行器。2008年3月，首发ATv——“儒勒·凡尔纳”(ATV一Ⅳ)与ISS哥伦布实验舱成功对接，给ISS俄罗斯“星辰”服务舱补加了推进剂、水和纯氧。今后，ESA希望以一年半到两年发射一次的频度为ISS提供在轨运营服务，获取ISS每年8．3％的运营费用。HII转移飞行器(HTv)是日本航天开发机构(JAXA)研制的不载人货运飞行器，低轨货运能力6t，它以机械臂方式与1SS对接，配置非压力密封舱和舱门足够宽的压力密封舱，具备向ISS运送标准大型设备机架的能力。2009

3、年9月11日，H—IIB火箭从种子岛空间中一L"(TNSC)发射升空，将首个HTV送人预定轨道。ATv、HTV与“阿波罗”飞船和“进步”号货运飞船外形比较如图1所示。震11．：翻垂盆釉rATVApolloProgress图1ATV、HTV与ApoUo、Progress外形比较示意图2飞行器概况2．1主要总体参数ATV全长10．77m，外径4．48m，太阳帆板翼展22．28m；密封压力舱体积46．5m3，载荷安装空间16m，；发射重量20．7t，其中货舱重5．15t，服务舱重5．32t；载荷运输能力7．667t，其中压力密封舱5．5t，可运送水840kg，气100kg，推进剂860kg；任务

4、初期供电能力4．8kw，寿命末期供电能力3．8kw；最长停靠时间6个月。HrI'V全长9．8m，外径4．4m；载荷运输能力6t，其中压力密封舱4．5t，非压力密封舱1．5t；最长在轨飞行时间100小时，停靠时间大于30天。来稿日期：2009—12-26；修回日期：2010—03—01。作者简介：张丽艳(1972．02一)，女，博士，高级工程师，主要从事载人航天工程总体工作。专稿的轨控主发动机和28台推力200N的姿控和轨道转移小发动机组成；主发动机用于调相、再人和速度增量大于5m／s的轨道机动；小发动机用于速度增量小于5m／s的导航机动和姿态控制。2．2．2HTv结构与系统组成HTV由压力

5、密封舱、非压力密封舱、电子设备舱和推进舱组成，如图3所示。电子没备舱图3HTV结构示意图压力密封舱南环控、电源、热控、乘员支持和导航灯等设备组成，安装有被动对接机构。独立飞行和停靠ISS期间，压力密封舱内压力传感器、烟雾传感器等负责监控舱内环境，当舱压超限、发生火睛等情况下进行报警，并启动排气孔调整压力、关闭气体流通设备抑制火情。舱内壁安装的加热器完成温度控制，确保与ISS联通前两舱温度基本相同，避免联通后设备结露。电源设备为舱内电子设备提供50V电源，停靠期间接收[SS提供的120V电能。压力密封舱内有2个各可容纳4个机架的机架柜，其中一个为国际标准机架，可安装需转运至ISS的大型设备。

6、压力密封舱内除安装了4个用于乘员进m和货物装卸的照明灯外，还安装了4个用于姿控和2个用于捕获控制的辅助灯。当HTV接近ISS至lkm或500m范同内时，1SS乘员可分别通过捕获灯和姿态灯粗略估计HTV姿态及位置。与ISS分离前，烟雾传感器、照明灯等可被拆下并转移至ISS上再利用。非压力密封舱外安装了1个货运能力1．5t的外置仪器盘，其上有2到3个ISS替换单元机架。HTv与ISS对接后，外置仪器盘被ISS和“希望”号的机械臂配合拆下并暂时悬挂在ISS或“希望”号上，为HTV压力密封舱货物卸载提供便利。电子设备舱包括导航、通信、控制、数据处理和专稿载人航天2010年第1期电源系统。导航系统包

7、括GPS天线、交会传感器、地球敏感器。以及导航控制计算机、中止控制单元等；通信系统包括S频段近距离通信和卫星中继链路设备；数据处理系统接收并转发指令，传送遥测参数，同时完成电子设备舱和推进舱的热控、环控以及异常检测和告警；电源系统包括2个总线单元、11组主电池组、2个电池控制单元、一个二次电源和1个电源控制器；太阳电池阵系统包括HTV外壁贴覆的57组太阳电池片。推进舱安装了4个可储存2t燃料的大贮箱、4个增压氦气贮箱，以