为什么航天器与国际空间站对接需要2天?

时间:2021-11-08 08:48:50   作者:
这里有两件事在起作用:
 

1、与移动的物体会合比仅仅到达目的地要复杂得多。
2、火箭的燃料和质量限制意味着,在可能的情况下,我们宁愿让大自然来做这件事。


我们通常会想象,一艘宇宙飞船只是把它的鼻子对准目标,然后发动引擎,直到它到达那里。想象一下这样的行为,我们当然有理由怀疑,为什么要花6个小时爬400公里才能到达国际空间站。但是,这不是宇宙飞船的运动方式。

宇宙飞船按照轨道力学的规定运动。如果我们想让飞船向上移动10千米,我们会做一个小燃烧来增加我们的速度,这样我们会在半轨道后到达正确的高度,在那一点上,我们会做另一个小燃烧来环绕我们的轨道。为了达到我们的目标,我们不会在烧伤发生时进行调整。我们做燃烧,然后看着,希望我们能在正确的地方结束。要做到这一点,就要在燃烧前进行精确的计算。直到最近,联盟号的计算机还不能支持极其精确的相位定位,所以这次会合花了22个小时。最近的升级让俄罗斯人把时间缩短到6小时。烧伤越严重,我们就需要越精确,所以演习通常分为多处烧伤。在最佳时间使用一系列机动使航天器逐渐到达目标的过程称为相位调整。

航天器正试图将三个变量降低到零:三角高度、相角和节点回归。有两种类型的机动,航天器需要做与另一个航天器在轨道交会。第一个是调整高度的机动第二个是调整相位的机动。
 

高度


高度机动使航天器上升到目标的高度。高度机动通过霍曼转移完成。这是一种策略,飞船做一个短暂的燃烧将导致远地点的增加,从燃烧的180度。在新的远地点,第二次燃烧使轨道呈圆形。通常情况下,为了到达最终高度会进行多次这样的动作。

为什么航天器与国际空间站对接需要2天
 

定相


相位机动减少两车之间的角度。一个阶段机动很大程度上是自然完成的,只是在一个不同的高度比目标。在较低轨道上的航天器比目标运行得快,而在较高轨道上的航天器比目标运行得慢。

为什么航天器与国际空间站对接需要2天

节省的大部分时间来自于需要一个小的相位角度。以往的相位角可能为180°,而快速轨道交会方法的相位角小于20°。这是通过减少允许的发射窗口来实现的。

改进后的航天器拥有更快的计算机、更好的软件、更好的推进器和更好的传感器。这使得精度更高。机动可以更快更准确地完成,减少了机动之间评估需要减少的误差所需的时间。

平面窗口

为什么航天器与国际空间站对接需要2天

由于地球不是一个完美的球体,轨道将经历节点回归,这意味着轨道平面将在惯性空间中旋转。这个旋转速率随高度和倾角而变化。所以,访问航天器,当它在国际空间站下面时,会经历比国际空间站更高的节点回归,当它在国际空间站上面时,它会经历更低的节点回归率。地面分析人员确认了所谓的“幽灵飞机”。这是他们可以发射飞行器的飞机,在计划的交会之前不久,飞船会自然地返回到国际空间站的轨道平面。

所以,理想情况下,发射时间是在来访飞行器的主引擎燃烧完成时(MECO -主引擎切断),就像幻影飞机经过发射场(这被称为“飞机内时间”)。这优化了推进剂的使用。我们不能真的坚持在那个时刻发射,所以我们决定了飞行器能够支持的偏航转向量。横摆操舵使上升飞行器在跨轨道方向上进入幻影飞机(如果它在上升轨道的前方或后方)。
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