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如何控制伴星实现对飞船的绕飞
来源:《中国载人航天科普丛书·碧空天琏》     日期:2012年02月09日    字体:【】【】【
  知道让伴星对飞船形成绕飞的条件后,怎样控制伴星实现对飞船的绕飞呢?

  假设飞船和伴星在同一平面的近圆轨道上飞行,伴星落后飞船一段距离。要实现绕飞,首先要让伴星追上飞船。为此,伴星先减小自己的轨道周期,提高自己的“速度”。这可以通过伴星的变轨发动机来实现。

  有意思的是,在地心引力作用下,要想让伴星追上飞船,变轨发动机必须沿伴星速度方向施加反向推力,也就是降低伴星的实际飞行速度。实际飞行速度降低后,伴星的轨道高度就会降低,伴星的周期也会减小,从而使绕地球旋转的角速度增大。这一现象可以在日常生活中找到类似的例子。比如,我们用绳子拴一个小球,让它像飞机螺旋桨一样旋转,如果在旋转过程中绳子不断缠绕在手指上,那么小球的旋转半径就会越来越小,旋转的角速度就会越来越大。实际任务中伴星何时变轨、每次变轨开机多长时间等具体要素,还要取决于地面测轨条件、发动机性能、伴星和轨道舱相对距离等因素。

  伴星追到飞船附近后,就需要降低伴星的“速度”,以便实现与飞船比翼齐飞。伴星的“刹车”也是通过变轨发动机来实现。绕飞是不是完美,取决于刹车前伴星和飞船相对位置的测量精度和伴星的变轨控制精度。当然伴星变轨的目的不仅仅为了刹车,还需要保证绕飞轨道特性符合任务要求,这就要求精心选择变轨时机和推力方向。

  我们都有从电视上观看F1方程式赛车的体验,那些风驰电掣般的赛车尽管快得让人心惊胆战,整个车流却又行云流水般地彼此相安无事。假如我们能站在太空中看伴星的绕飞,也一定会感觉到这是一种极速运动中的精确美。下图是神舟7号任务中伴星在轨释放后先落后于飞船,后通过变轨追上飞船并形成对飞船绕飞过程的相对位置示意图。红线、蓝线、绿线、黑线表示伴星追逐过程中各次变轨后的相对运动轨迹,围绕中心点的浅蓝色椭圆即为绕飞相对运动轨迹。

  

  绕飞相对位置示意图


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