神州二十号乘组已经平安返回地球,根据计划,接下来我国要将神州二十二号装满货物发射,这可以不是一次简单的重复发射,而是极具创新和难度的发射。那么,神州二十二号的无人对接,难度到底有多大?
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无人对接的难度
事实上,在原来的计划中,神舟二十二号要执行的是载人航天任务。但计划赶不上变化,神舟二十号在太空中,曾遭受了一次空间碎片的冲击。
此次冲击过后,科学家们进行了一次安全评估。评估结果显示,先进行无人的载物补给,再进行载人的发射,这样能最大程度的避免发射过程中可能遭遇的危险。
而且,这种策略的调整,不仅能以最快的速度补充空间站的物资,还能显示出中国航天的灵活性。更何况,无人的载物发射,这是迟早都要进行实验的,神舟二十号遭遇的空间碎片冲击,只不过是将载物发射给提前了而已。
载物的无人发射有很多优势,以这种方式进行补充补给,不仅能降低能耗,还可以转换为载人返回地球,极大的避免了运力的浪费。
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可能会有人认为,载物发射和载人发射并没有什么区别。实际上,两种发射模式虽然只有一字之差,但在具体的操作上,有着天壤之别。
首先,因为没有航天员在航天仓内进行操作,所以从火箭的点火到最终的对接,都需要全靠飞船的系统自己进行决策。如果飞船系统出现丝毫的故障,都有可能导致这次发射的失败。
另外,飞船的控制团队,从操作者变成了旁观者。他们不能及时的对飞船进行调整,只能通过远远的观察数据判断飞船的状态。
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其次,飞船满载货物,这就意味着其中要装600公斤的货物,如此庞大的重量,会使飞船的重心发生偏移。对飞船姿态的控制,将难度大增。
而且,发动机点火时产生的附加力矩会引发飞船轻微摇摆,可能有人觉得,轻微的摇摆不值一提。事实上,在飞船对接的时候,要求的是毫米的精度。即便是轻微的摇摆,也会产生致命的误差。
在相同的速度下,满载货物的飞船,相比空载的飞船,对接时所产生的冲击力,会增大数倍,这使得对接机构需要承担更大的负荷。
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解题之道
此次的神舟二十二号满载发射,还采用的快速对接方式。要知道,传统的对接大概需要6.5个小时,而在快读的对接模式下,神州二十二号必须要在3.5小时完成对接。这意味着变轨的次数要从数圈缩短为一圈,连燃料的使用,也要精确到“滴”这一单位。
而且,为了成功完成对接,运载火箭必须把飞船送入误差小于3公里的精确轨道,时间被大幅度的压缩,这意味着,飞船必须在极短的时间内,完成自主的计算和决策,这对算法和硬件的要求,前所未有。
除此之外,太空的对接,容不得半点差错,每次的对接都要精确到毫米。当对接距离只有200米的时候,对接难度便呈现指数式的增长。飞船需要在没有人的操控下,凭借着算法,完成粗略的校准。
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到了100米至10米之间,飞船系统需要依靠激光雷达和微波雷达进行亚米级定位,这一步的难度,更是难于登天。最终的对接更是要避免误差,因为哪怕是极小的误差,也可能导致对接机构和舱内设备的损坏。
当然,面对满载人发射需要面临的种种困难,科学家们并不是毫无准备。在飞船的自主导航方面,科学家们通过融合北斗导航与星光识别,从而实现无地面干预的全自主定位。在重心控制方面,物资的装载采用精确的配重算法,以此确保重心的偏差在可控的范围内。
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在智能决策上,还植入了贝叶斯推理风险评估系统,实时更新故障概率并自动调整策略,异常情况下成功率从85% 提升至93%。
他们还对对接结构进行了升级,毕竟,对接结构不仅脆弱,而且极为关键,没人愿意见到所有步骤全都成功了,结果在最后一步的对接结构上,出了问题。全新升级的对接结构,能承受更大的冲击力。
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难度的高度
在载人航天中,航天员是航空行动中的最后一道安全网,如果飞船在对接过程中出了什么意外的话,航天员可以进行手动的对接。无人的模式下,容错率大大的减少了。
而且,在载人的时候,可以根据飞船的情况,进行手动的调整。而无人的载物航天,只能提前将所有代码输入到了机器之中,不能及时的做出一些针对性的调整。
在无人的模式下,飞船要像无人汽车一样,在复杂的太空环境中,需要独立应对各种挑战,这相比人来驾驶,危险程度大大的增加了。
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神舟二十二号的无人载物发射,并不是一次简单的重复,而是一次充满困难的创新实践。这其中所要面临的挑战,远比我们想的更要困难。
当然,神舟二十二号的发射,也是中国空间站运营所要经历的关键一步,也标志着中国航天由载人为先,向人货并行战略的转变。
神舟二十二号的发射,不仅将验证中国无人自主对接技术的成熟度,也为未来更复杂的太空探索奠定基础。神舟二十二号飞船的数据,也将会被用来优化下一代飞船。
神州二十二号的发射任务,是一个伟大的尝试,让我们为神州二十二号的发射,送上最诚挚的祝福。
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