沧海一粒沙,航天人来瞄准它。神舟十四如何做到超远距离精准对接?

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1、引言

神舟十三的三位航天员已经回来快3个月了,而关于星辰大海的探索,却从未停歇。兵马未动,粮草先行,上个月,天舟四号已把物资成功送至空间站。这个月的月初,神舟十四已经成功发射,三位航天员也早已进入空间站。

神舟十四

这次神舟十四的一个首要任务,是完成空间站的扩容,像搭积木一样,让空间站变得更大,功能也更强大。但是现在,在我们的头顶之上,400公里之外的中国空间站正以 一圈90分钟的速度,绕着地球快速旋转,在轨速度约7.68公里/秒 。想要命中400公里开外,且高速运动的物体,究竟是如何做到的呢?

2、发射类比

一个经验丰富的狙击手,借助强大的狙击枪,能够取敌人首级于千米之外。 命中率取决于天气的好坏和目标的移动 。天气的好坏影响气流的分布,会干扰子弹的运动轨迹。目标的移动导致其无法被锁定,需要提前预判目标位置。这2大因素,都是不可控的因素,经验丰富的狙击手和更强大的狙击枪就显得尤为重要了。经验丰富意味着可以根据天气条件和目标移动速度调节发射角度,强大的狙击枪则可以辅助锁定目标,同时也能击发更快的速度,降低气流的干扰。

狙击枪

神舟系列的发射,与之类似,只不过更加复杂一些,考虑的因素更多一些。 经验丰富的狙击手就是我国的航天部门,而强大的狙击枪就是搭载着长征二号F遥十四运载火箭的神舟十四。 想要精准地将神舟十四送上太空并与空间站对接,就必须时刻掌控空间站的运动参数,包括速度、轨道高度等。空间站的运行轨迹显然是不可轻易调整的,只能调整神舟十四的轨迹,去迎合空间站,这个过程越短越好。过程越短,意味着可以节省大量的能量,提升有效载荷,从而可以装载更多的装置。

3、力学与控制

所以,神舟十四的轨迹,在发射之初就已经计算好了。这一点跟狙击枪的子弹不一样,狙击枪的子弹在发射之后就只能听天由命了, 而神舟十四在发射之后依然是实时可控的 。一句实时可控,背后是力学与控制的强大计算。刚发射的时候,需要火力全开,以最短的时间,达到第一宇宙速度,从而可以摆脱地面。这个过程不仅仅是火箭的推力和地球的引力,还有复杂的空气阻力。进入太空后,需要调整轨道,逐渐靠近空间站,相对来说这个过程简单一些,失去了不可控的空气阻力,轨道调整起来难度降低了不小。最后的对接过程难度又急剧上升,失重的状态下,任何一点点的小力,都足以大幅度改变其姿态。 这就需要强大的力学计算和控制能力,实现精准对接

空间站对接(非天宫空间站)

4、总结

所以,想要实现400公里开外高速运动物体的对接,就需要强大的力学分析计算能力,以及强大的姿态轨迹控制能力。祝中国航天越来越好。关注王小胖,带你了解更多有意思的力学知识。