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科普:载人飞船如何在太空中实现变轨?

2020-09-28 17:05   来源: 科普中国   编辑: 陈玲   责任编辑: 高赛琦

汽车可以变道,火车可以掉头,飞机可以返航,但是你知道吗,载人飞船在太空中同样有自己的轨道,而且也需要在太空中变轨。

飞船在入轨后想要变轨,首先要确定其不同轨道的数目。当飞船发射入轨后,首先会运行在一椭圆轨道上,即初始轨道;运行若干圈后,在远地点进行变轨,进入一圆轨道,即运行轨道;飞船返回舱制动返回后,留轨舱经过两次变轨,进入一个更高的轨道,即留轨轨道。

载人飞船在变轨时,飞船上的发动机“各司其职”。载人飞船每个舱段都装有发动机,有切向装的,也有侧向装的。其中切向装的发动机主要用于控制飞船的姿态,一旦飞船出现滚动,两个反向的姿态控制发动机就会启动,从而形成一个“力偶”。这种大小相等、方向相反、不共线的两个平行力组成的系统,可以帮助飞船进行姿态调整。

其实,这些发动机都是通过载人飞船的轨道控制系统(GNC系统)进行工作的。为了避免因同一通道主、备份发动机均发生故障而导致姿态失控,GNC系统特地采用了大、小姿态控制发动机联合工作的方式,即使大(小)姿态控制发动机不能工作,靠小(大)姿态发动机仍可控制姿态。另外,返回舱仅滚动通道姿态发动机有冗余,只用其中的一路可靠性低,两路同时使用,会导致推进剂装填量不够用。而GNC系统采用主、备发动机交替工作模式,解决了这一问题,提高了返回舱控制的可靠性。

目前,我国已经研发出了轨道舱姿态轨道控制系统,这是我国第一个一般倾斜轨道上的长寿命卫星控制平台,具有多种控制模式。除此之外,我国还自主研发了偏航机动技术,这种技术目前已经成为了轨道舱在轨飞行的一种正常工作模式。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创,转载时务请注明出处。

作者: 张咪

原标题:科普:载人飞船如何在太空中实现变轨?

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