7月25日3時13分,由航天科技集團五院抓總研制的問天實驗艙,成功對接于天和核心艙前向端口,整個交會對接過程歷時約13小時。這是我國兩個20噸級航天器首次在軌實現(xiàn)交會對接,也是空間站有航天員在軌駐留期間首次進行空間交會對接。
隨后,問天實驗艙柔性太陽帆板完成二次展開。據(jù)航天科技集團五院(以下簡稱五院)技術(shù)人員介紹,柔性太陽帆板之所以沒有在交會對接前全部展開,其中一個原因就是減少柔性太陽帆板振動對交會對接任務的影響。
柔性太陽帆板的“柔性”特點意味著容易產(chǎn)生振動。問天實驗艙帶著一對“軟翅膀”進行交會對接,控制難度極高。
為了防止這“溫柔一振”對航天任務造成嚴重影響,五院502所在半剛性太陽帆板控制基礎(chǔ)上,探索出抑制柔性太陽帆板振動的方法,讓其在太空中“平穩(wěn)翱翔”。
此前我國的航天器大多使用固有頻率范圍窄的半剛性太陽帆板,而柔性太陽帆板的固有頻率范圍很寬,如果航天器的控制頻率與其重合,帆板就會被激發(fā)而振動起來。
如果任由這種振動發(fā)展下去,輕則影響航天器的控制精度和穩(wěn)定度,影響載荷工作,影響交會對接,重則可能激發(fā)控制系統(tǒng)被動應付,造成“越控制振動越厲害、振動越厲害控制系統(tǒng)越要控制”的局面,進而使系統(tǒng)失穩(wěn),影響空間站在軌穩(wěn)定運行。
這就好像“扁擔挑水”,會挑水的人可以通過調(diào)整身體的起伏頻率和幅度,使桶中水只泛起微小波紋,同時能健步如飛。不會挑水的人則無法通過調(diào)整身體來控制扁擔,行走速度也受扁擔影響而忽快忽慢。?
借鑒這一原理,五院的專家們總結(jié)設(shè)計出不同情況下控制太陽帆板振動的算法,通過航天器的姿態(tài)調(diào)整抑制振動。從控制效果來看,這一自主創(chuàng)新的控制方法更適合我國航天器的“體質(zhì)”,主要技術(shù)指標優(yōu)于國外同類技術(shù)。
實現(xiàn)對空間站大型柔性帆板振動的抑制,離不開五院研制人員的數(shù)年攻關(guān)。他們通過理論分析和試驗識別引起帆板振動的源頭,在精細的數(shù)學仿真和大量的物理仿真后,總結(jié)并設(shè)計出針對不同情況下控制太陽帆板振動的算法。
算法是抑制太陽帆板振動的核心技術(shù),其控制的基本過程是通過攝像機觀察等手段識別柔性太陽帆板的振動參數(shù),然后由計算機通過相應的算法確定航天器需要做出的姿態(tài)調(diào)整,并下達命令給負責調(diào)整航天器姿態(tài)的執(zhí)行機構(gòu)。
事無大小,事無巨細,方方面面都要考慮到、設(shè)計到、驗證到,這就是航天工程的特色。建設(shè)中國人自己的空間站,推動建成航天強國,五院人每天都在和這樣大大小小的問題交涉著、進步著。