滄海一粒沙,航天人來瞄準它。神舟十四如何做到超遠距離精準對接?

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1、引言

神舟十三的三位航天員已經回來快3個月了,而關於星辰大海的探索,卻從未停歇。兵馬未動,糧草先行,上個月,天舟四號已把物資成功送至空間站。這個月的月初,神舟十四已經成功發射,三位航天員也早已進入空間站。

神舟十四

這次神舟十四的一個首要任務,是完成空間站的擴容,像搭積木一樣,讓空間站變得更大,功能也更強大。但是現在,在我們的頭頂之上,400公里之外的中國空間站正以 一圈90分鐘的速度,繞著地球快速旋轉,在軌速度約7.68公里/秒 。想要命中400公里開外,且高速運動的物體,究竟是如何做到的呢?

2、發射類比

一個經驗豐富的狙擊手,藉助強大的狙擊槍,能夠取敵人首級於千米之外。 命中率取決於天氣的好壞和目標的移動 。天氣的好壞影響氣流的分佈,會干擾子彈的運動軌跡。目標的移動導致其無法被鎖定,需要提前預判目標位置。這2大因素,都是不可控的因素,經驗豐富的狙擊手和更強大的狙擊槍就顯得尤為重要了。經驗豐富意味著可以根據天氣條件和目標移動速度調節發射角度,強大的狙擊槍則可以輔助鎖定目標,同時也能擊發更快的速度,降低氣流的干擾。

狙擊槍

神舟系列的發射,與之類似,只不過更加複雜一些,考慮的因素更多一些。 經驗豐富的狙擊手就是我國的航天部門,而強大的狙擊槍就是搭載著長征二號F遙十四運載火箭的神舟十四。 想要精準地將神舟十四送上太空並與空間站對接,就必須時刻掌控空間站的運動引數,包括速度、軌道高度等。空間站的執行軌跡顯然是不可輕易調整的,只能調整神舟十四的軌跡,去迎合空間站,這個過程越短越好。過程越短,意味著可以節省大量的能量,提升有效載荷,從而可以裝載更多的裝置。

3、力學與控制

所以,神舟十四的軌跡,在發射之初就已經計算好了。這一點跟狙擊槍的子彈不一樣,狙擊槍的子彈在發射之後就只能聽天由命了, 而神舟十四在發射之後依然是實時可控的 。一句實時可控,背後是力學與控制的強大計算。剛發射的時候,需要火力全開,以最短的時間,達到第一宇宙速度,從而可以擺脫地面。這個過程不僅僅是火箭的推力和地球的引力,還有複雜的空氣阻力。進入太空後,需要調整軌道,逐漸靠近空間站,相對來說這個過程簡單一些,失去了不可控的空氣阻力,軌道調整起來難度降低了不小。最後的對接過程難度又急劇上升,失重的狀態下,任何一點點的小力,都足以大幅度改變其姿態。 這就需要強大的力學計算和控制能力,實現精準對接

空間站對接(非天宮空間站)

4、總結

所以,想要實現400公里開外高速運動物體的對接,就需要強大的力學分析計算能力,以及強大的姿態軌跡控制能力。祝中國航天越來越好。關注王小胖,帶你瞭解更多有意思的力學知識。