载人航天交会对接技术

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高端论坛载人航天2011年第2期载人航天交会对接技术周建平摘要我国将于2011和2012年进行的神舟飞船与目标飞行器交会对接飞行试验。这是我国载人航天工程发展过程的一个重要阶段。本文概述了国外载人航天交会对接技术的发展历程和技术特点，分析了我国交会对接研发中的关键技术，以及我国实现空间交会对接面临的技术挑战和应对策略。关键词载人航天交会对接关键技术发展现状发展趋势分类号V526文献标识码A文章编号1674—5825(2011)02—0001—081引言2011～2012年，我国将发射天宫一号目标飞行器和神舟八、九、十号飞船，开展无人和载人空间交会对接飞行试验，这是我国载人航天工程三步走发展战略中的一个重要阶段，这一阶段任务的顺利完成，将为我国载人航天的未来发展奠定坚实基础。空间交会对接技术的作用主要体现在三个方面。一是为长期运行的空间设施提供物资补给和人员运输服务。例如，除早期试验阶段外，俄罗斯联盟号载人飞船和进步号货运飞船的全部飞行任务，以及美国航天飞机与和平号空间站及国际空间站对接的主要任务都是如此。二是为大型空间设施的建造和运行服务，如和平号空间站的6舱段构型就是由交会对接直接在轨组装完成的，而国际空间站的建造既利用了交会对接直接组装舱段，又利用了航天飞机强大的运输能力和航天员的操作完成了包括桁架、太阳电池帆板和舱段的组装，而航天飞机对哈勃望远镜的维修则是由交会对接技术支撑的在轨维修服务活动的典范事例。没有交会对接技术，这些复杂空间设施的建造和可靠运行是无法实现的。三是进行空间飞行器重构以实现系统优化，例如在阿波罗登月任务中，在地球轨道和月球轨道要分别进行一次交会对接，地球轨道交会对接解决了降低火箭上升段逃逸质量与人员进入登月飞行器通道之间的矛作者简介：周建平(1957．Ol一)。男．博士．中国载人航天工程总设计师。盾，月球轨道交会对接实现了将登月飞行器与返回地球飞行器的功能区分和独立，大幅降低了对火箭运载能力的需求。交会对接技术的另一个重大潜在应用领域是载人登月和深空探测任务。这些任务所需运载能力巨大，通过多次发射和交会对接技术在近地轨道完成飞行器的组装，是降低对单发运载火箭能力需求的有效途径，特别是对于诸如火星及其以远的载人任务而言，这可能是目前技术水平上可工程实现的最佳、甚至唯一途径。因此，交会对接技术是发展航天技术、增强人类探索和开发太空资源能力的一项重大关键技术。它与载人天地往返、出舱活动并称载人航天的三大基本技术。本文综述了国际交会对接技术的发展历程和技术特点，分析了我国实施空间交会对接任务需要突破的关键技术，并对我国开展交会对接飞行试验面临的挑战和解决途径进行了分析。2交会对接技术的发展2．1概貌目前世界上有美国、俄罗斯、欧洲和日本研制的飞行器分别完成了与运行在地球轨道上目标飞行器的交会对接。1966年3月16日，美国双子星座8号飞船与由阿金纳火箭末级改装的对接目标实现了世界上首次交会对接，其中，最后的近距离交会对接是 载人航天2011年第2期高端论坛由航天员人工控制完成的，称为人控交会对接。1967年10月，前苏联宇宙188号飞船与宇宙186号飞船实现了世界上首次无人自动交会对接。1969年7月，美国阿波罗登月舱与指令服务舱实现了首次月球轨道人控交会对接。欧洲和日本分别于2008和2009年实现了自动转移飞行器A7Ⅳ(AutoHlatedTransferVehicle)和H～II转运飞行器H7rv(H一Ⅱ’I．hnsferVe—hicle)与国际空间站的交会对接。迄今为止，美国和俄罗斯共计进行了300多次交会对接飞行，美、俄的交会对接技术已经成熟并在空间站和载人登月中发挥了重要作用，两国交会对接技术也具有近距离交会段分别以人控和自控为主的鲜明特色。同时，两国都在不断提升交会对接过程中飞行器的自主能力Il叫。表1目前世界上具备交会对接能力的航天器乘员人数起飞重量(kg)上行载荷能力(kg)运载工具交会测量系统对接机构控制方式地呵测控，交会雷达，星敏感器，航天飞机790r70015000航天飞机APAS一99手控COAS，rI℃S，摄像机，手持激光测距仪地面测控，Ku撼，摄像机，手持激光测联盟号飞船37200200一250联盟号火箭杆锥式自控，手控距仪进步号飞船O72002600联盟号火箭地面测控，Kur售，摄像机杆锥式自控，遥控ⅪnO205007500阿里安5火箭GPS。RGPs．Rvs。TGM杆锥式自控HTV0160006000H—IIB火箭GPS，RGPS。RVSCBM自控注：A队S一异体同构周边式对接系统(And哪IousPeripheraID0ckilIgsystem)c0As一乘员光学瞄准器(cr鲫OpticaIAli伊眦ntsig}lt)TcS一轨迹控制敏感器(Trajecto哆C鲫trDlsen8凹)RVS一交会敏感器(RendezvousseI啪r)TGM一无线电测向仪(Tele冀∞iorIleter)CBM一通用对接机构(CoⅡlm彻BenhiIlgMech∞i∞)到目前为止，只有美国和俄罗斯掌握完整的交会对接技术。欧洲和日本的A7Ⅳ和HTV在交会对接技术方面，分别得到了美国或俄罗斯的技术支持。ATv的对接机构由俄罗斯提供，HTv的对接机构由美国提供，其最后的对接过程是由空间站机械臂控制完成的。二者在飞行任务中均需要美国和俄罗斯的数据中继卫星系统(1’racking锄dDa_taRelaySatellite，TDRS)支持。2．2美国交会对接技术的发展美国在阿波罗、天空实验室、航天飞机的卫星维修任务、航天飞机与和平号空间站对接任务、国际空间站计划和猎户座飞船计划等载人航天计划中不断研究、发展、改进和完善了交会对接技术。在阿波罗登月计划中，为了发展和验证交会对接等关键技术，美国研制并发射了双子星座号系列飞船。从19“年到1966年，双子星座号共进行了2次不载人和lO次载人飞行，验证了多种交会对接方式下的任务规划、航天员人工操作控制、地面跟踪多2航天器等技术【9l。阿波罗飞船的登月舱和指挥服务舱都具备在交会对接中作为主动(追踪)飞行器的能力。为了保证在缺少地面支持的月球轨道上交会对接的安全性，登月舱和指挥服务舱都具备一定的自动化能力。正常情况下，交会对接任务规划由地面完成，但是船上系统具有对目标定位并自主机动的能力。最终的捕获和对接则是由航天员完成的。天空实验室计划继承了阿波罗交会对接的软硬件技术。1975年，阿波罗飞船与联盟号飞船实现了美、俄航天器间的交会对接，这一项目应用了新的异体同构周边式对接机构。航天飞机的交会对接具有许多新的特点。与此前的交会对接任务不同，航天飞机的重要任务之一是为位于不同轨道上的飞行器提供轨道服务，这些任务及其轨道在航天飞机研发设计时可能并没有考虑，有的任务中目标飞行器甚至不能提供相对导航支持。航天飞机采用了对接机构、机械臂、航天员舱 高端论坛载人航天2011年第2期外活动等不同方式实现对目标的捕获，大大增强了其轨道服务功能。航天飞机的任务规划仍然由地面完成，机上GNC系统根据航天员指令可以自动执行许多交会控制功能，包括目标定位、相对导航和控制。最终逼近段仍然由航天员操作完成。猎户座飞船的研发对交会对接的自动性和自主性提出了更高要求。目前在研发的关键技术包括自动交会GNC算法、自主任务管理、自动相对导航敏感器技术、先进捕获和对接机构、机械臂组装技术。这些技术中许多已经成熟，关键的挑战是要将这些技术进行集成12】。2．3俄罗斯厂前苏联交会对接技术的发展俄罗斯，i葑苏联在早期的飞船与飞船交会对接试验、礼炮号系列空间站、和平号空间站和国际空间站计划中不断研究、发展、改进和完善了交会对接技术。1967年10月，不载人的宇宙186和宇宙188飞船进行了世界上首次航天器自动交会对接，其后联盟4号和5号飞船实现了前苏联的首次载人交会对接。联盟号飞船近距离交会采用视线制导进行运动控制，包括人控和自动控制两种方式。若采用人控方式，则航天员借助电视摄像机和光学瞄准器，手动操作轨道和姿态控制执行机构实现对接。自控交会对接时，飞船相对距离和姿态的测量由Kurs雷达测量系统完成。1971年4月19日，前苏联发射了世界上第一个空间站——礼炮l号，对以前的“撞杆一接收锥”结构进行了改进，发展了可移开的“杆锥”式对接机构，实现了对接后的密封连接并形成航天员来往通道，该对接机构需要一定的相对速度才能完成对接锁定。后续发射的礼炮6号和礼炮7号空间站，首次在单模块舱段上配置了两个对接口，可同时接纳载人飞船和货运飞船。Kurs系统一直延续使用至今，优点是系统简单，从距离几十千米的自主段起始点开始，到对接机构接触的全程均由该系统完成相对位置和姿态的测量。1986年2月20日，前苏联发射了和平号空间站服务舱，共配置了6个对接口。在其后的空间站组装建造过程中，交会对接仍然在水平轴向进行，对接后通过机械臂将空间站舱段或飞船移动到侧向对接口。飞船与和平号的交会对接仍然有人控和自控两种方式，对于无人的进步号飞船，人控由和平号上的航天员或地面控制人员进行操作。联盟一TM载人飞船和进步号货运飞船为和平号空间站成功提供了连续15年的运输补给服务。2．4欧洲和日本交会对接技术的发展欧洲的交会对接技术研发开始于上世纪80年代，为了实现拟议中的He硼es航天飞机与国际空间站对接，欧空局开展了自动交会对接技术的研究。Hennes航天飞机项目取消后，欧空局开始为国际空间站研制用于后勤补给的自动转移飞行器ATv，自动交会对接技术的研发也自然过渡到为A’rv与国际空间站的对接服务。A7Iv采用从俄罗斯引进的用于进步号货运飞船的对接机构。ATV的GNC系统包括三个IMu组件，两台用来进行绝对和相对导航的GPs接收机，一个用来测量相对位置和姿态信息的交会敏感器RVS。在远程交会机动阶段(距对接口200m之前)，主要采用差分GPS数据完成导航控制，在近距离接近段(距对接口200m以内)，由于遮挡和多径效应的影响不能采用GPS，相对测量手段切换到交会敏感器RVS。交会敏感器固定在ATV前端，主动发出905斗咖波长的激光，激光被固定在目标飞行器上的六个反射器反射。在200m范围内，交会敏感器利用接收到的反射激光信号可以得到距离、距离变化率和方位信息，在最后40m得到相对姿态和相对姿态变化率信息。在应用于A7Ⅳ交会对接前，相对GPS和交会敏感器RVS在1996年和1997年三次在航天飞机上进行了飞行搭载测试。ATv最终于2008年4月发射，并成功与国际空间站对接，首次飞行的ATv被命名为凡尔纳飞船。日本在1997年进行了实验技术卫星7号(E碣一VII)在轨近距离交会对接演示验证。目标和追踪飞行器一起发射人轨，在轨分离并相距一定距离后开始进行试验。该演示验证飞行的主要任务有三项：①自动空间交会对接飞行试验；②空间机器人技术试验；(爹通过数据中继卫星对多星测控。试验验证了从相对接近阶段到对接阶段的自动交会对接技术都是可行的嘲。HTV是日本研制的向国际空间站运输货物的不载人飞船，于2009年9月进行了首飞并成功与国际空间站对接。在经过交会飞行到达国际空间站后，H1v停泊在距空间站几米的位置，由国际空间站的3 载人航天2011年第2期高端论坛机械臂捕获后与日本实验舱完成对接，这也是国际空间站第一次采用这种方式与来访航天器对接。H7Ⅳ在远距离时采用相对GPs导航，近距离时采用交会敏感器RVS导航。3交会对接的关键技术根据国外交会对接的工程实践经验和我国现有的航天技术储备，我国的交会对接技术研发中需要解决以下关键技术问题。3．1总体技术11q交会对接任务总体技术涉及工程的各个方面，包括运载火箭、目标飞行器和追踪飞行器方案，及其发射入轨、变轨调相、交会对接轨道设计、测控网布局和飞行控制、故障对策等。在空间站运行阶段，还涉及与空间站人员轮换和物资补给密切相关的任务规划。各国交会对接飞行阶段均划分为远距离和近距离导引两个阶段，前者的飞行控制由地面飞行控制中心根据飞行控制方案及测定轨和轨道预报结果实施，后者则由飞船自动控制，或由飞船或目标飞行器上的航天员人工控制实施。美国和俄罗斯上世纪六、七十年代进行交会对接时，主要以地面站为主进行测控，并采用数据中继卫星作为辅助手段，而欧洲和日本进行首次交会对接时均采用测控覆盖率和精度更高的GPs加数据中继卫星的天基测控网进行测控。在近距离接近段，美国和前苏联分别采用了人控为主和自控为主的方案。人控具有系统简单、可靠的特点，缺点是仅适用于载人航天器(当然，现在的技术发展也使得人控能够通过遥操作实现)，自控系统可以适用载人和不载人航天器，可以规避人员操作失误的风险，但系统更复杂。为提高可靠性，联盟和进步系列飞船均采用了自控为主、手控备份的交会控制系统，并且备份系统在数次飞行任务中发挥了重要作用。从任务需求和可靠性考虑，同时具备人控和自控交会对接功能是最有利的。对接过程有两种实现途径。一种是对接机构，典型的如“锥一杆”和“周边”式对接机构，这类机构均由主、被动两部分组成，作为被动的一端安装在目标飞行器上，而主动的一端则安装在追踪飞行器上，两飞行器进入对接走廊后利用其相对接近速度实现捕获，然后由对接机构完成锁紧等操作。另一种是利用机械臂完成捕获并送到指定对接口完成对4接锁定操作。3．2自主相对测量技术⋯l相对测量敏感器要求精度高、作用距离和视场范围大，在一定程度上决定了交会对接自主程度和技术水平。交会对接相对测量敏感器通常分为远场和近场敏感器两类。远场敏感器一般作用距离为几十或上百公里到百米量级，用于交会对接寻的段和接近段。近场敏感器一般作用距离为几百米到对接，用于交会对接的近距离接近段和平移靠拢段。远场敏感器通常只要求测量目标飞行器相对追踪飞行器的位置和速度，而近场敏感器还要求测量二者的相对姿态。美国航天飞机和俄罗斯联盟飞船的相对测量技术是上世纪七、八十年代形成的。航天飞机采用了交会雷达、乘员光学瞄准镜COAS和轨迹控制敏感器TCS相结合的方案。联盟飞船则采用了Ku玛微波雷达系统，技术较为成熟。欧洲A，I．v和日本HTv采用了相对GPs和交会敏感器RVS相结合的方案，具有测量精度高、设备种类少、重量轻等优点。交会对接测量设备是交会对接任务成功的关键，在每个飞行阶段都应有冗余备份，并且能适应空间环境的要求。3．3制导导航和控制技术追踪飞行器制导导航控制技术除相对运动测量敏感器、由多种发动机组合构成的执行机构等关键设备外，另一关键问题是在综合考虑燃料、效能和安全性的条件下设计稳定、可靠、容差容错能力强、自主功能强、优化高效的控制方法。自主与人工控制是载人航天交会对接控制中均应具有的手段。正常情况下，使用自动交会控制方式具有更加精确的优点，尤其当技术经过充分试验验证趋于成熟后。另外，当距离较远时，追踪飞行器自主交会飞行也只有自动控制手段才是可行的。但是，自动系统复杂，保证设备可靠工作难度更大。人工控制系统相对而言要简单得多，设计航天员人工控制作为第二种控制手段【3l从而使近距离交会控制具有系统冗余是十分必要的。一方面，自动系统不需要航天员的操作，正常情况下可以避免交会对接给航天员带来过重操作负担。另一方面，故障情况下，航天员可以从监视状态迅速介入交会操作，从而提高任务的成功率，降低任务风险。 高端论坛载人航天2011年第2期3．4对接机构技术旧对接机构是实现两个航天器捕获和刚性密封连接的主要技术途径之一，与依靠机械臂完成捕获和密封连接相比，前者更为简单。对接机构是一套十分复杂、精细的机电设备，具有捕获、锁紧、密封、分离功能。对接完成并开启舱门后，形成追踪和目标飞行器间供人员和货物通行的通道。此外，对接机构上还配置了气、液、电对接接口，能够为目标飞行器补给推进剂和气体，并实现供电和信息并网。3．5地面测量与控制技术旧交会对接飞行中，地面要同时对两个飞行器进行测控，并在两到三天内完成对追踪飞行器的4。5次精确轨道控制和预报。由于每次机动前的测控弧段相对更短，精度和实时性要求更高，这些都对地面测控提出了更高要求。交会对接还要求地面飞控中心对交会对接的关键事件进行监视。进人寻的段后，追踪飞行器转入自主控制，地面要对交会对接过程进行全程监视，并在必要时进行干预。完全依靠陆海基测控网难以全面满足覆盖率和可靠性要求，利用中继卫星的高覆盖能力较好地解决了这一问题。3．6交会对接仿真试验技术【q航天器飞行试验成本巨大，研发过程主要依靠地面试验模拟飞行环境和状态来验证设计的正确性。仿真试验是一种十分有效的系统设计、验证和测试方法，在交会对接研制中被广泛运用。美国和俄罗斯在发展交会对接技术中，均十分重视仿真技术的应用。例如，在航天飞机与和平号空间站的交会对接任务中，在地面对航天员进行了长达500h以上的地面仿真操作培训。欧洲建立了欧洲逼近操作仿真器EPOS，日本建立了交会对接操作测试系统RDO鸭。这些仿真系统都为交会对接技术的发展提供了有力支持。4我国实现空间交会对接面临的技术挑战和应对策略与单一的航天器研发和飞行任务相比较，交会对接任务要研制追踪和目标两种任务不同但又密切相关的飞行器，并控制其在轨道上完成交会对接，实现航天员对目标飞行器的访问。这是我国载人航天工程继突破载人飞船天地往返技术和航天员空间出舱技术后，面临的又一重大挑战。我国载人航天工程交会对接任务包括工程八大系统：航天员系统、空间应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统和空间实验室系统。交会对接任务的完成，需要八大系统密切配合和协同，是一个复杂的系统工程。要实现两个航天器在空间的交会对接，对各大系统都提出了更高要求。例如，运载火箭要满足升交点赤径、轨道倾角、轨道高度和周期等严苛的入轨精度要求；载人飞船和目标飞行器要具有适应空间严酷环境的高精度相对测量能力以及自动和人控交会对接能力；发射场系统要确保“零窗口”发射；测控通信系统要具备对两个航天器同时测控的能力并完成远距离阶段的交会导引等等。这些要求均超出了载人航天工程第一步任务对各系统的技术要求。4．1工程总体方案我国载人航天交会对接任务总体方案是：以工程第一步任务研发的神舟飞船为基础，增加交会对接功能作为追踪飞行器，并进一步完善设计，提高可靠性；以神舟飞船技术为基础，新研8吨级目标飞行器；以工程第一步任务研发的CZ一2F运载火箭为基础，采取措施进一步提高入轨精度并适当提高运载能力，用于发射飞船和目标飞行器；采用由地面测控站、海上测控船和中继卫星组成的陆海天基测控网完成飞行器全程测控通信任务和飞船交会飞行的远距离导引控制任务；采用飞船船载雷达和光学测量设备进行相对位置和姿态测量，由飞船自动或航天员人控完成近距离交会飞行控制；采用导向器内翻的周边式对接机构自动完成两飞行器的捕获、锁紧。载人飞行器按“一度故障工作，二度故障安全”进行设计，交会对接过程中飞船具备自主故障诊断和系统重构功能，故障情况下具有避撞功能。研发交会对接训练仿真器等交会对接任务航天员训练设施设备，强化航天员人工控制交会对接训练。我国空间交会对接的主要飞行过程是：首先，发射天宫一号目标飞行器，并在交会对接前将其调整到满足相位、轨道高度等要求的对接轨道；然后，发射神舟飞船作为追踪飞行器，通过地面远距离导引控制和近距离自主飞行，使飞船与目标飞行器在空间实现轨道交会，并通过对接机构使二者形成刚性5 载人航天2011年第2期高端论坛密封连接的飞行组合体；载人飞行时，航天员打开舱门，进入目标飞行器，完成两飞行器之间的货物转移和交换、科学实验等在轨驻留任务；最后，飞船与目标飞行器分离并离轨返回着陆场，目标飞行器继续在轨运行并等待下一次对接。4．2航天器和运载火箭4．2．1栽人飞船我国载人航天第一步任务研制的神舟飞船具备三人七天自主飞行能力，能够较好满足天地往返和空间出舱活动需求。在交会对接任务中，神舟飞船除要增加交会对接功能外，还要具备在目标飞行器上停靠数月的能力以适应未来空间站任务的要求。为了实现交会对接，研发了基于无线电和光学的高精度相对测量设备、导向器内翻式对接机构、平移发动机组以及相应的交会对接自主测量、自主和人工控制技术，并利用新技术对电源等分系统进行了改进完善，提高了性能、可靠性和在轨工作寿命。具备交会对接功能、并进一步提高了性能、可靠性和安全性的神舟飞船，未来将服务于我国空间站。4．2．2目标飞行器为了完成交会对接飞行试验，研制了天宫一号目标飞行器，它的主要任务，一是作为交会对接的目标飞行器，与神舟飞船一起共同完成空间交会对接任务，实现两飞行器在轨的刚性密封连接，控制和管理两飞行器构成的组合体的在轨运行；载人飞行任务中，实现航天员中短期在轨驻留；组合体运行任务完成后，支持飞船安全撤离返回。二是试验和验证空间站工程的部分关键技术。在8吨级飞船技术基础上研发目标飞行器进行交会对接试验而不是如美、俄那样在交会对接试验阶段主要以飞船作为交会对接目标，主要是考虑到：首先，一个目标飞行器可以支持多次交会对接而且其单发产品成本与飞船相当，也就是说，在目标飞行器寿命期内，进行N次交会对接飞行试验仅需N+1次发射，而利用飞船作为目标飞行器则需要2N次发射，因此可以降低飞行试验消耗；其次，可以增加航天员中短期驻留、在轨维修和空间科学技术实验等项目，验证部分空间站关键技术。因此，以目标飞行器为对接目标可以显著提高飞行试验效益，降低成本。麻雀虽小、五脏俱全，具备以上功能的目标飞行器已经具备空间实验室的功能，以及空间站的主要6功能(性能上还是有重大差别)。目标飞行器将可直接用作空间实验室，完成进一步的空间站技术验证。4．2．3运载火箭运载火箭的主要改进是提高入轨精度，以保证升交点赤径、轨道倾角和周期、近地点高度、入轨时间等轨道根数满足飞船系统要求。提高人轨精度可降低飞船交会对接过程中修正轨道偏差的推进剂消耗。为此，运载火箭需要提高惯性测量系统和制导导航控制算法的精度。运载火箭助推器进行了改进设计，增加了推进剂的加注量，提高了运载能力。此外，交会对接飞行任务期间相对较高的发射密度对运载火箭和航天器设计、生产、测试能力亦提出了更高的要求。4．3航天员载人航天交会对接过程中，需要航天员进行大量状态监视和关键指令操作，在故障情况下还需要航天员人控操作完成交会对接。对接完成后，航天员要打开舱门，进入目标飞行器，完成驻留任务，其间将进行有效载荷实验，舱内维修试验，航天医学实验等。这些项目是未来空间站阶段实现长期载人飞行、充分发挥人的作用的重要基础。交会对接人工控制是载人航天交会对接控制技术的两大主流方向之一，在地面建立高可信人工控制试验和训练设施并对航天员进行充分训练是保证任务成功、降低任务风险的重要措施。交会对接还对航天员处理紧急情况下的操作和判断能力提出了更高要求。确保航天员完成交会对接飞行任务的关键是进行充分的地面训练。一是科学的训练方案和方法，二是良好的训练环境和条件。为此，在改进完善已有训练设施的基础上，研制了交会对接航天员训练仿真器、组合体训练仿真器等大型训练设施设备。4．4测量与控制为满足载人航天交会对接任务对测控提出的高精度、高覆盖率和高实时性要求，在载人航天工程第一步任务期间建立的统一S波段陆海基测控通信网基础上，利用我国新建立、并在神舟七号首次试应用成功的天链中继卫星系统，构成保障我国交会对接飞行试验任务的陆海天基测控网。包括一颗中继卫星在内的陆海天基测控网对飞船和目标飞行器的测控覆盖率约为50％，可实现对所有关键飞控事件和 高端论坛载人航天2011年第2期飞行弧段的覆盖，大多数情况下，天基和陆海基测控通信网对关键飞控事件可互为备份，较好地解决了陆海基测控通信网测控覆盖率低的问题，提高了测定轨和轨道预报的精度和飞行控制的可靠性，增强了故障情况下地面飞行控制人员对飞行器的干预能力和干预的实时性，提高了任务中航天员的安全性。4．5试验与仿真依靠充分的地面试验和仿真验证设计的正确性是交会对接飞行试验前必须完成的重要研制程序，试验和仿真中要求尽量模拟飞行环境条件、边界条件和极限条件，保证试验和仿真方法的正确性。在载人航天交会对接任务研制过程中，仅在交会和对接动力学、自动和人工控制方面就研制了9自由度半实物控制仿真系统、6自由度对接动力学半实物仿真系统等一大批可以模拟空间环境和运动的试验设备。我们还提出了工程大系统仿真的概念并构建了实用的仿真系统，其目的是按交会对接任务飞行时序关系，用仿真系统将工程各大系统联系在一起，飞行控制人员作为仿真系统的有机构成部分直接参与其中，对正常和故障飞行状态进行全面仿真试验，综合检验各大系统飞行程序的正确性、正常和故障情况下飞控策略的实施能力以及各系统间接口的协调性。5展望交会对接技术是建设我国载人空间站、确保载人航天工程可持续发展的技术基石之一。交会对接技术涉及系统众多、技术复杂，要求载人航天工程各系统在若干技术领域的进一步发展和突破。同时，交会对接技术的突破也将带动我国航天技术的整体进步，增强中国航天的整体实力。目前，我国载人航天交会对接任务正按计划进行准备工作。已经完成了方案和初样阶段的研制工作，正在进行飞行产品的试验和测试，发射场、测控通信和着陆场系统即将完成设备的改造和研制。按计划将于2011年下半年发射天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船，实施我国首次无人空间交会对接飞行试验。之后，还将在2012年陆续发射神舟九号和十号飞船，实施载人或无人空间交会对接飞行试验。通过三次交会对接飞行试验，我们将全面验证自动和人控交会对接技术，考核神舟载人飞船、天宫目标飞行器和cz一2F运载火箭等工程八大系统的功能和性能，验证工程总体方案和各系统方案的正确性和系统间的协调性，突破和基本掌握交会对接技术。此后，我们还将在空间实验室阶段进一步验证和完善交会对接技术。20lO年9月，中央批准实施载人空间站工程，这是我国载人航天发展的又一重大机遇和里程碑，交会对接技术也将由此进入实用阶段。我们将脚踏实地，刻苦攻关，突破和全面掌握交会对接技术，为我国空间站工程的顺利实施奠定基础。◇参考文献[I]ziInpferD，l(achm盯P，TuohyS．Auto肿nm8Re“ezv0恤，Captm锄dIn—SpaceAssenlbly：Past，Pn络明t锄dFutul℃．AI从2005—2523[2]G00d咖JL，Bmz弛IJP，ChanDA．Challen学嘴0fOri∞Rende押咄Devel叩删mt．AI从200r7—6682[3]GeU盯DkABriefstudy0fGmmIdCon仃|medorbitalRende州om：Wheni8Aub∞咖yReqllired?Al从200“298[4]M∞huhM，S锄dh∞GS．R∞de删BandD∞kiIlghSPa∞Explmli仰．AI从2005一”16[5]Feh∞。w。Aut伽latedRendew∞s蛐dD∞killgofsp∞∞raft[M]．bnd∞：C鲫嫡dgeUllive舟ityPre∞，2003[6]Ev螂J．，Pin仰IⅡE。-11IeHistory粕dFutu弛0fSpaceSi咖lali∞8[A]．AJAAModeliIlg皿dsimulati帆‰hnologi∞Corl五啪眦eandExhibit，16一19AugIlst2004，Providence，RhodeIsland，AU蛆2004—515l[7]G00d删mJ．L．Hi8toIyofsp卵eshutⅡeR衄de吖叽s肌dPr戚Illity0perati咖[J]．JoumalofSp∞∞mn∞dR0ckets，2006，43(5)：944—959[8]Kaw蛳I．．et．a1．AutomtedReIlde删o∞D∞kingSy8tem0fEn舀n∞ring’Iktsatell沁V11．Adv锄c∞ind地Astror舢ticalscienc∞。1997。96[9]胁enR．P．，MayerJ．P。Development0fnleGelIlilliOpemtioIlalRendezvousPl蛐[J]．Jo唧1alofSp∞ec瑚血鲫dRockets，1968，5(9)：1023一1026[10]唐国金，罗亚中，张进．空间交会对接任务规划[M]．北京：科学出版社，2008[11]林来兴．四十年空间交会对接技术的发展．航天器工程，200r7。16(4)：70—77[12]王志勇．交会对接关键技术研究[D]．国防科技大学，20∞[13]于志坚．交会对接地面测量控制系统研究[D]．国防科技大学。2004[14]王华．交会对接的控制与轨迹安全[D]．国防科技大学．200r7[15]王旭东，潘科炎，李新峰．当前航天器制导、导航和控制的几个问题[J]．航天控制。1999，(2)：l一5，ll7 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