遥操作交会对接技术综述.pdf

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1、载人航天2011年第2期基础研究遥操作交会对接技术综述唐国金周剑勇张波蒋自成(国防科学技术大学航天与材料工程学院)摘要遥操作交会对接技术是空间遥操作技术与交会对接技术的有机结合，是未来我国空间站无人飞行器自动交会对接系统的备份手段，也可用于空间非合作目标的空间交会和对接。分析了国际空间站近年来的交会对接技术，阐述了遥操作交会对接的概念，详细归纳和总结了遥操作交会对接的控制、安全等关键技术。关键词遥操作交会对接概念关键技术综述分类号V526文献标识码A文章编号1674—5825(2011)02一0038一07-引言手动萎萎筹羹

2、南篓爹嵩萎聋昱茎萎萎筹篓翌差雷量!，只曼磐挚!

3、1：!e竺竺。1璺}：!竺竺i竺!型兰三对接方式，也可作为自动方式的备份。自动方式因为!史竺兰苎銮魁璺委曼戛要要点望苎孽背銮苎辛采嘉妥艾葛≥茑。，哥}主矗鬲；；吴美艾：某戛天磊苎二鹫曼鬯冀金曼毳烹些塞冀翌煮苎冀，銮三耋金妄芸磊妄；孬毒：女：，无艾荔≤之磊莓：。纂斋，i；凳妻耋!霎冀!竺三慧雹竺簏雾氅曼警羹兰篓爻磊美毒二妥茎蒜≤；翥箬要葙菇茗荔_当苫进行空间交会对接试验，我国也即将在载人航天领一““”～。“0”。““1。⋯7：“”“～7：’．3。来稿日期：2010’12—09；修

4、回日期：20ll—02一lO。作者简介：唐国金(1963．Ol一)。男，博士。教授，主要从事航天器动力学系统建模与仿真、固体力学等相关方向的研究工作。38基础研究载人航天2011年第2期表l国际空间站交会对接近况占全部任务的无人交会载体次数比例对接故障率载入“联盟”号2435．29％0航天器航天飞机1826．47％O“进步”号2435．29％16．7％K烈l1．47％OHWl1．47％0无人航天器故障次数45．88％15．38％故障详情：05年6月ISs_18P，08年11月lsS一31P。及lO年5月ISs一37P三次任务

5、通过1'0Ru遥操作交会对接系统实现交会对接；lO年7月Iss_38P首次交会对接失败。注释：“进步”号24次交会对接中包括出现故障的4次，其中3次通过TORu遥操作交会对接系统操作成功实现对接；1次自动系统故障，两天后经过第2次交会对接尝试实现交会对接。无人航天器的自动交会对接系统的故障比率如下图所示。自动系统正伟自动系统异常图1国际空间站无人航天器交会对接ISS15次远征任务期间的交会对接情况的分析数据显示，当前航天器上的自动交会对接系统并不是十分完善，发生故障的可能性时刻存在，并且故障率还保持在一个较高的水平。因此，我

6、们有理由认为：自动交会对接系统至少现阶段还不是足够的完善和可靠，需要采用其他交会对接方式作为自动交会对接系统的备份。针对空间站实验舱、货运飞船等无人航天器与空间站的交会对接，由于无法采用手动方式作为自动交会对接系统的备份，需要寻求其他的备份解决方式。遥操作交会对接以其特殊的交会对接操作和控制实现方式，可以作为无人航天器自动交会对接系统的有效备份手段。2．2遥操作交会对接概念遥操作交会对接是指操作人员在远端(或不在控制航天器环境内)通过遥操作方式操作追踪航天器，实现交会对接。就概念本身而言，遥操作交会对接借鉴了空间机器人遥操作

7、的概念，是传统遥操作概念的一个延伸，是遥科学的一个子领域【q。国内外有相关学者和研究人员曾提出过“遥操作航天器”的概念，并提出了遥操作航天器的总体设计思路等川羽。遥操作航天器指可以通过地面操作人员或空间站上航天员进行遥操作控制的一类航天器，用于完成交会对接、在轨捕获等。图2遥操作航天器示意图遥操作航天器任务实施过程中采用的空间交会对接技术就是遥操作交会对接技术，文献重点阐述了遥操作航天器的概念和基本设计思想，对遥操作交会对接技术没有进行详细的研究和论述。遥操作交会对接主要有两种工作模式，目标航天器上的航天员对追踪航天器进行交

8、会对接遥操作控制的工作模式，和地面操作人员对追踪航天器进行交会对接遥操作控制的工作模式。操作员利用反馈的Tv摄像机图像及相对运动位置、速度等信息，通过遥操作平台在线实时控制远端的追踪航天器完39载人航天2011年第2期基础研究成交会对接。遥操作交会对接不仅可以作为自动交会对接方式的备份手段，解决无人航天器自动交会对接系统面临的故障和安全性问题。甚至，遥操作交会对接方式与手动控制交会对接方式一样，能提高交会对接的成功率，减少燃料消耗等，用于空间站建造和运营过程中的相关交会对接任务。此外，通过融人人的判断与决策能力等智能因素，遥

9、操作交会对接技术还可应用于空间非合作目标间的交会和对接，如非合作目标的近距离绕飞、在轨捕获等，具有更广泛应用的重要意义。美国、俄罗斯胁联两个航天大国由于决策的不同，交会对接方式的选择也不尽相同，美国主要采用手动方式，俄罗斯主要采用自动方式，由此导致其对遥操作交会对接技术的研究程度也不尽相同