技术交流在轨服务技术在深空探测任务中的应用构想

 

空间在轨服务技术为深空探测任务提供了很大的便利的同时能够有效的降低任务成本,因此我国十三五将深空探测与在轨服务作为一个重大专项进行重点规划。...

 2016年星际航行团队在中国空间技术研究院神舟学院开设的《深空探测技术导论》一课已经圆满结束了,来自五院及其它院各单位的共计71名硕士和博士选修了这门课。为人师者最大的满足感和成就感,就是能看到同学们开始结合自己的专业主动思考,载人深空探测工程将是人类文明史和航天技术史上的一道饕餮大餐,国家的战略性科技工程必将由富有开拓创新精神的一代人来完成。我很欣赏同学们的深度思考,也欢迎更多的勇士们加入到星际航行战队中!

————果琳丽

20160510

在轨服务技术在深空探测任务中的应用构想

2016年5月课程大作业



刘育琦

五院通信卫星事业部 硕士研究生
引言

随着航天技术的发展,航天器系统组成日益复杂,航天器性能和技术水平不断提高,这种情况下,保证航天器在复杂的空间环境下更加持久、稳定地在轨运行,已经成为了空间技术领域一个重要的问题。

自上世纪七八十年代开始,一系列的空间技术应用逐渐催生出了在轨服务技术的概念,即对空间飞行器实施在轨装配、修理和维护等操作。拥有这项技术可对故障失效的空间飞行器实施在轨修理,而非直接舍弃,重新发射新的航天器;通过维护和对载荷升级,可有效延长空间飞行器的使用寿命,增强其系统能力;对于目前相当多的卫星而言,往往有效载荷的寿命要长于其轨道寿命,而轨道寿命主要取决于卫星携带的燃料工质,借助在轨加注技术可以有效延长卫星的使用寿命;此外,在轨服务技术也为未来军事化空间提供快速、高效的后勤保障。

在轨服务技术是近年来航天领域备受关注的热点,各国研究机构进行了一系列的地面、空间论证实验和应用研究,结果表明空间在轨服务不仅在技术上可行,而且有巨大的研究和发展空间。

在本学期的载人深空探测技术概论课程中,各位主讲老师从工程实践出发,系统的阐述了目前深空探测任务的研究背景、基本理论、关键技术、研究进展以及我国正在开展的相关工程任务。载人深空探测是目前空间科学技术领域的前沿,这类任务以无人深空探测任务技术为基础,考虑在有人参与的情况下,重点解决“去、登、回、用、驻、人”等载人深空探测过程中会出现的问题。目前我国已经制定了一系列的深空探测战略,可以想象在未来一段时间内,深空探测将成为我国一个重要的发展方向。

载人深空探测工程是相当复杂的系统,涉及到目前航天科学技术几乎全部的领域,而在轨服务技术可以看作深空探测工程中一个基础的关键技术,在探月、探火、小行星探测以及建造月球基地等任务中都有很大应用前景。在轨服务技术主要作用在以下几个方面:探月或探火任务中,成熟的在轨装配技术可以弥补火箭运载能力的不足,通过空间在轨装配的手段实现人员和货物的分别运输;小行星探测任务中可以借助成熟的在轨观测和捕获技术观测并捕获小行星;行星登陆返回任务中的行星轨道交会对接等等。

从航天技术的发展规律来看,一方面在轨服务技术的迅速发展可以为深空探测任务提供更可靠的技术基础,提升系统整体性能以及任务的成功率,推动深空探测的整体进程;另一方面,深空探测战略的推进对在轨服务技术提出更多、更高的要求,对在轨服务技术的发展起到牵引作用。

作为载人深空探测课程的结课总结,本文将从三个主要方面进行阐述,首先简单介绍在轨服务技术,其产生发展的背景;其次简单介绍国内外目前的发展情况与发展前景;最后,结合本学期所学习的课程阐述自己对于学科交叉综合的一些看法,以及两个技术领域的一些可能的结合点。
 
1 在轨服务技术简介

1.1 空间在轨服务技术的概念

空间在轨服务(On-Orbit Servicing,简称OOS)就是指在太空中通过人,机器人(或类机器人卫星)或来年给这些痛来完成涉及延长卫星、平台、空间站附属舱和空间运载器寿命和能力的空间装配、维护和服务(Space Assembly,Main-tenance and Servicing简称SAMS任务)。

任何航天运载工具的运载能力都是有限的,对于空间重型或大型结构就必须在太空实施在轨装配。比较典型的例子就是空间站的建设,以我国的天宫系列空间实验室为例,受限于运载火箭发射能力,我国建设空间实验室的方式是分舱段发射,之后在空间进行交会对接,通过分步分舱段发射的方式实现了空间站的建设。此外,由于复杂的空间环境的影响,空间飞行器面临着因不同故障而失效的风险,例如设备老化、损坏或者是燃料耗尽无法维持轨道等,重新发射飞行器或者在轨备份航天器的方案使得成本大大增加,但是利用空间在轨服务技术就能够有效解决这一问题。目前看来,空间在轨服务的范围非常广泛,包括装配、维护和服务操作功能等。

(1) 空间装配是指在空间中将不同部件连接起来构建成一个结构、子系统或子系统的单元体等空间设施,包括空间飞行器、空间系统或空间结构的在轨连接、构建或组装,小到如电池阵、天线的安装与展开,大到大型独立舱段的在轨对接,以及更大规模的大型空间结构的构建;

(2) 空间维护是指按照必要的或者指定的计划程序来维持空间设施或设备,它包括观察、监视、检查、诊断、表面修补、维修、部件替换、污染物清除、测试、检验等维护性活动,但不包括消耗品的布吉;

(3) 空间服务主要指空间飞行器可消耗品的替换等后勤保障任务,包含消费品和消耗品的补给,如流体物质(包括液体和压缩气体)的直接输送,流体贮箱的替换和可包装的消费品(例如电池和胶片)的替换等。广义上空间服务还包括空间系统在太空中捕获、取回、发射、再推进和恢复、空间碎片的捕获或抑制以及营救宇航员等操作。目前所说的空间在轨服务往往是指广义的定义,狭义上的空间服务又被称作在轨加注服务,以加注液体燃料为主。
1.2 在轨服务技术的发展背景

随着航天器系统逐渐复杂,在轨系统面临以下的困境:

(1) 故障频发且维护成本高。据有关统计资料显示,在20世纪九十年代,平均每年有十余颗卫星发生故障,累计故障卫星数占到发射卫星总数的15%。造成这现象的原因一方面是因为卫星系统越来越复杂,其结构尺寸、质量和有效载荷的质量都有大幅度的提升,对高性能的追求使得卫星的可靠性指标日益提高,另一方面是由于卫星的设计制造过程大多延续传统的设计模式,看作不可维修、无重复性的产品,使得设计工作过于繁重。

(2) 携带的一次性消耗品有限且难以补给。包括航天器上的各类工作介质,例如推进剂、制冷剂和电源介质等等。这些流体物质一旦耗尽,航天器的寿命也将终结。因此,航天器的寿命受到工作介质的限制。例如地球静止轨道通信卫星的工作寿命主要取决于卫星携带的用于进行轨道和姿态保持的燃料,一旦燃料耗尽,卫星就失去了控制能力,从而必须报废。

(3) 设计之初功能有限,难以随需求变化而更新。目前的卫星设计寿命大多在十年以上,而航天器上的设备和功能不能随着市场需求的变化和技术的更新而升级换代。现代技术,尤其是电子计算机技术日新月异,军事和商业需求的变化也难以预料。

2 在轨服务技术国内外发展现状

对于在轨服务技术特别是GEO在轨服务技术,世界上各个航天大国进行了大量的研究。随着这些项目计划的逐步提出和在轨试验,美国和欧洲等将具有在GEO上对绝大多数合作/非合作目标进行交会、监测、捕获、释放、维修、变轨等操作的技术能力。

2.1 美国GEO在轨服务研究计划

美国很早就开展了GEO在轨服务方面的研究,1996年就针对未能入轨的特高频-1(UHF-1)卫星提出了在轨服务设想并申请了专利,随后美国针对GEO卫星提出并开展了一系列在轨服务计划。

(1)“近期能验证的前端机器人”/“通用轨道维修航天器”计划

2004年,美国国防高级研究计划局(DARPA)资助了GEO“通用轨道维修航天器”(SUMO)的研究,其目标是为绝大多数非合作目标进行在轨服务,以演示验证空间交会、自主抓捕等技术。2006年,SUMO更名为“近期能验证的前端机器人”(FREND),旨在开展自主捕获非合作目标的空间机械臂技术演示验证研究。目前,FREND/SUMO计划已经完成地面演示验证,该项目原定于2011年开展低地球轨道(LEO)的飞行演示验证,但至今未有公开报道。
(2)“微卫星技术试验”计划

“微卫星技术试验”(MiTEx)计划是由美国DARPA、空军和海军等共同推出的一项针对合作/非合作目标的在轨目标监视计划。MiTEx系统包括火箭上面级和2颗小卫星。2006年,该计划首次在GEO成功演示了在轨目标监视技术。在完成预定的在轨监视演示任务后,2颗MiTEx小卫星在2008年底至2009年初机动至失效的国防支援计划-23(DSP-23)导弹预警卫星附近,成功对其进行了在轨监测。
(3)“任务扩展卫星”计划

在维维卫星公司(Vivi Sat)的“任务扩展卫星”(MEV)设计方案中,MEV飞行器与GEO目标卫星交会对接形成刚性连接的组合体后执行在轨服务任务。不同于在轨燃料加注,与目标对接后,MEV为目标卫星提供推进系统的功能。另外,MEV还可以执行辅助离轨任务。

(4)“凤凰”计划

2011年12月,美国DARPA发布了新的GEO在轨服务计划—“凤凰”(Phoenix)计划,该计划旨在重新利用退役或无法正常工作的在轨卫星的大型天线等部件,降低新型卫星的开发成本。Phoenix计划定于2015-2016年进行在轨演示验证,其目标是实现至少1副天线部件的重复利用。
2.2 欧洲GEO在轨服务研究计划

(1)“地球静止轨道服务飞行器”计划欧洲航天局(ESA)于1989年提出了“地球静止轨道服务飞行器”(GSV)的概念,主要用于对GEO卫星进行目标监视、燃料加注、模块更换和辅助离轨等功能。由于种种原因,GSV并没有进入实际工程阶段,而仅开展了概念设计。
(2)“试验服务卫星”计划

德国航空航天中心(DLR)于1994年提出了“试验服务卫星”(ESS)计划,以研究在GEO上对目标卫星进行交会、监视和维修等在轨服务技术。ESS上装有一个机械臂,用于试验机械臂的遥操作控制技术,完成对故障卫星的捕获、检查和维修。该计划也只进行到概念设计阶段。

(3)“赫尔墨斯”计划

ESA、DLR以及宇宙(Kosmas)公司合作开展了“赫尔墨斯”(Hermes)计划,探索研究在轨的燃料收集和加注技术。Hermes计划收集已失效但仍有燃料的卫星、有多余燃料的正常卫星和火箭上面级中的燃料,然后给需要燃料的GEO通信卫星进行燃料加注。Hermes在轨服务系统包括服务卫星、燃料存储卫星、监视小卫星、可更换推进模块和轨道提升舱五部分,其中仅有服务卫星是必须的。Hermes计划目前还处在概念论证阶段。

(4)“地球静止轨道清理机器人”计划

2 0 0 2 年 开 始 的 “ 地 球 静 止 轨 道 清 理 机 器 人 ”(ROGER)计划,旨在研究捕获GEO非合作目标卫星并辅助其离轨等技术。服务卫星经地面引导和自主导航至距离目标15m处,然后服务卫星释放网状或绳系抓捕系统捕获目标,随后服务卫星将其拖入“坟墓”轨道,与目标分离后返回GEO等待下一次任务。其验证的关键技术包括空间交会、目标测量、飞网/飞爪捕获技术以及组合体控制技术。由于种种原因,该计划的研究未能继续开展下去,但其思想引起了国际航天界的广泛关注。
(5)“空间系统演示验证技术卫星”计划

“空间系统演示验证技术卫星”(TECSAS)计划的目标是研制一个可接受在轨服务的目标卫星和服务卫星。该计划于2006年终止后,DLR提出了后续研究项目为“德国在轨服务任务”(DEOS)项目。DEOS包括合作目标交会对接、慢旋非合作目标的捕获、组合体轨道机动。尽管DEOS以GEO卫星为服务对象,但近期将先在LEO上开展演示,以验证慢旋非合作目标的捕获连接等关键技术。
(6)“轨道延寿系统”计划

DLR与轨道复活公司合作,开展了“轨道延寿系统”(CX-OLEV)航天器的研制。CX-OLEV航天器与目标卫星进行对接后,接管目标卫星的姿态和轨道控制功能,使其有效载荷继续工作。由于CX-OLEV航天器是基于Cone Xpress平台建造的,没有经过飞行验证,且仅适用于阿里安-5(Ariane-5)运载火箭。因此在新一轮的方案中,采用了经过飞行验证的“小型先进技术研究任务”(SMART)小卫星平台,服务卫星进化成SMART-OLEV平台。

2.3 其他国家的GEO在轨服务研究计划

(1)“GEO延寿系统”

加拿大麦德(MDA)公司提出了利用机械臂对寿命末期GEO卫星进行燃料加注的“GEO延寿系统”方案设想。该系统利用机械臂捕获目标的远地点发动机喷管XSS-10小卫星及火箭上面级形成刚性组合体,然后再打开目标卫星的注排阀门,插入软管泵入适量燃料。另外,该系统还具备简单的维修功能,能够排除太阳电池翼打开等故障。
(2)“在轨维修系统”计划

日本的“在轨维修系统”(OMS)计划的目标是实现对GEO卫星的在轨监测、维修、辅助入轨以及空间碎片处理等任务。日本国家信息通信技术研究所(NICT)和三菱重工工业公司(MHI)已经计划在地球同步转移轨道(GTO)利用智慧卫星-1(Smart Sat-1)小卫星来演示验证在轨服务的自主交会技术等关键技术。
 
2.4 美国低轨道在轨服务卫星试验计划

(1)“试验卫星系统”计划

“试验卫星系统”(XSS)计划是美国空军提出的模块在轨服务概念的研究计划。目前,已经公布的XSS系列卫星有XSS-10和11。XSS-10的任务目标是演示验证自主导航、近距离交会以及目标监视技术。该任务由微小卫星XSS-10和火箭上面级组成。2003年1月,XSS-10成功完成了在轨试验,验证了微小卫星自主交会、目标监视的软硬件技术。XSS-11小卫星对图像处理技术和自主交会技术进行了改进。XSS-11于2005年4月入轨后,与火箭上面级在0.5~1.5km的距离先后3次成功交会,验证了非合作目标的自主交会技术。

(2)“自主交会技术验证”计划

“自主交会技术验证”(DART)计划是美国航空航天局(NASA)提出的旨在验证自主空间交会技术。DART卫星的任务是在轨道上与目标卫星进行一系列自主交会、逼近和绕飞操作,验证其敏感器、推进系统、控制器及软件的性能。2005年4月,DART卫星发射升空,由于GPS接收机的软件错误导致燃料提前耗完,原计划的16~24h的任务仅进行了11h,最终与目标卫星相撞,任务失败。

(3)“轨道快车”计划

2007年完成的“轨道快车”(Orbital  Express)计划,其验证的关键技术包括自主交会与逼近、自主捕获连接、燃料双向传输、在轨电池和计算机模块更换。Orbital  Express计划由目标卫星“下一代卫星”(NEXTSat)和服务卫星“自主空间传送机器人轨道器”(ASTRO)组成。该计划成功完成了在轨飞行试验,由于其具备在轨捕获、模块更换和在轨加注等多项功能,因而受到了高度关注,成为在轨服务技术发展史上的里程碑事件。

2.5 捕获连接机构技术

捕获连接是指服务卫星捕获目标卫星并与其连接形成整体。根据最终连接形式,捕获连接可分为刚性连接和柔性连接。目前,载人飞船上的对接机构有杆锥式和异体同构周边式,这些对接机构一般质量较大,适用于有人员或大量货物运送需求的对接。而在轨服务特别是GEO在轨服务没有大量货物运送的需求,因此一般采用小型对接机构。根据国外目前已有的捕获对接方案,综合可以得出捕获连接机构主要分为如下三类:

(1)类杆锥式捕获对接机构

类杆锥式捕获对接机构由可伸缩的杆和接纳锥组成,杆伸入接纳锥后,靠接纳锥的导向作用进入锥孔后部并锁紧。类杆锥式属于刚性连接机构,可用于合作或非合作目标的捕获对接。典型的类杆锥式对接机构包括软轴式对接机构和冠状锁紧式对接机构。冠状锁紧式对接机构是与目标卫星远地点发动机喷管对接,并形成刚性连接的机构。

(2)爪式捕获对接机构

爪式捕获对接机构是通过手爪捕获并拉紧锁定的对接机构,一般包括抓手和供抓捕的把手或机构组成。由于需要在目标卫星上安装把手或供抓捕的机构,爪式捕获对接机构一般用于合作目标的捕获对接。典型的爪式捕获对接机构包括Orbital Express计划的对接机构和抓手碰锁式对接机构。Orbital Express计划中的对接机构是通过丝杠-抓钩系统技术实现的。





(3)绳系捕获机构

绳系捕获机构包括飞网捕获机构和飞爪捕获机构,其中飞网/飞爪与服务卫星通过绳子连接,捕获目标卫星后形成服务卫星和目标卫星的绳系卫星。绳系捕获机构属于柔性捕获机构,一般适用于非合作目标的捕获。典型的绳系捕获机构是ROGER计划中提出的。在轨服务机械臂技术在轨服务的机械臂操作任务包括部件拆卸与安装、燃料接口对接等,这些复杂任务对机械臂的运动精度和反馈控制形式等提出了很高的要求。美国NASA联合加拿大航天局(CSA)在“国际空间站”(ISS)上成功利用机械臂进行了燃料加注试验,试验使用了专门设计的末端工具为那些设计时未考虑在轨加注和维修的航天器提供在轨服务,开展了多项在轨加注操作,包括剪断系绳、划开隔热多层、移除加排阀安全帽、模拟燃料传输等。在轨服务机械臂还可以完成辅助捕获对接操作,比如FREND计划中利用机械臂抓捕目标卫星的分离螺栓和对接环。
3 在轨服务技术在深空探测任务中的应用构想

3.1在轨服务技术在月球探测任务和行星探测任务中的应用

课上介绍的载人深空探测技术大部分都围绕载人登月展开。一方面这是由于我国航天技术逐步积累成熟,国家月球探测战略逐步推进。嫦娥系列探月飞船任务的成功,为我国进一步发展月球探测奠定了基础,证明了载人月球探测是近期可能实现的深空探测任务。上世纪七十年代美国的阿波罗计划则为我国载人登月提供了宝贵的经验,我国可以参照已有的成果制定发展计划。因此一系列的月球探测计划也逐渐提上日程。另一方面是由于载人月球探测是其他深空探测任务的基础。不论火星探测或是其他行星的探测,都需要在登月有关的技术逐步发展。此外,未来很有可能建设月球基地作为深空探测的前哨战,所以有关月球探测的研究更加丰富。

在载人月球探测任务顶层设计中相当重要的一个环节就是任务总体方案设计,其中包括轨道方案设计。课上介绍了几种轨道方案,包括直接奔月轨道、近地轨道交会对接奔月方案以及月球轨道交会对接方案。

从系统工程的角度看,发射能力与任务需求是一对长期存在的矛盾,也可以理解为相对的发射能力不足的问题总是存在。例如对于短期载人探月任务,火箭推力到达120t就已足够,但是对于长期任务或者是月球基地建设任务而言,可能120t的火箭推力可能仍然捉襟见肘。另一方面,考虑成本等因素的情况下,火箭的运载能力总有一定的设计极限。这也就为空间在轨服务技术的应用提供了的空间,我认为空间在轨服务技术可以在一定程度上解决载人深空探测任务需求增长与运载火箭发射能力不足的矛盾。在轨服务技术或许能够发挥的作用有:

第一, 在轨服务技术有助于提高深空探测任务的灵活性和载人系统的探测能力。我国目前正在建设长期有人照料的空间站,可以想象未来的空间站必然会向着大型化、综合化和自动化的方向发展。未来的深空探测任务可以考虑以空间站为依托,通过对空间飞船进行模块化设计,借助在轨装配的技术,根据不同的任务需求,对飞船进行在轨组装。目前的设计思路是将飞船三个舱段一起发射,对此我的想法是:对飞船的舱段采用模块化设计,针对不同的任务需求设计几款不同性能的推进舱,先于轨道舱等其他舱段发射,在空间中待命或者是与空间站系统交会对接,在轨待命,等待其他舱段发射完成再进行在轨组装,完成既定任务。这样做第一可以提高任务的灵活性,在很大程度上减轻了发射场的压力;第二可以提高飞船的整体性能,因为可以组装成多级推进的方式,增强火箭能力以缩短任务时间,这对于载人任务是十分可贵的;第三,如果发射的推进舱与空间站进行交会对接,可以考虑使其肩负空间站物资运输的功能,这样也提高了空间站的整体效率。



第二, 在轨服务技术的发展有望实现星际飞船的建造及其重复使用。这种构想同样建立在大型高性能空间站的前提之下。目前已知的深空探测返回方式是仅返回舱再入大气,其余的部分全部在任务过程中抛弃。在科幻电影《火星救援》中出现的火星探测飞船具备重复利用的能力,可以多次往返于地球与火星之间。不妨构思这样的方案:在设计之初就将飞船设计为在轨完成装配的形式,首先逐次分别发射各个舱段,在空间站完成星际飞船的组装后飞船与空间站分离,之后再发射载人飞船与星际转移飞船交会对接,成员就位,星际飞船发动机点火进入转移轨道,到达行星之后减速进入行星环绕轨道,着陆飞船在行星表面着陆完成探测任务,之后上升级携带航天员进入环绕轨道与星际飞船交会对接,再进行发动机点火进入地球返回转移轨道,在回到地球引力场后减速制动进入环地轨道,部分或者全部人员进入返回舱完成再入返回,行星际飞船在轨待命,至此就完成了一次载人行星探测任务。在行星际飞船在轨待命期间,如有必要可以对其进行在轨维修和加注,确保其状态良好可以重复使用,之后再发射载人飞船与其交会对接,执行下一次行星探测任务。行星际飞船可以设计不同轨道探测不同行星,且重复使用能节约任务成本。这种方案的实现一方面需要在轨服务技术的支持,另一方面需要降低地球轨道的发射成本,而这两者都是目前世界航天领域的研究热点,且均已取得了一定成果。
由此可见,对于未来的深空探测任务,在轨服务技术是不可或缺的。从前面的假想方案也能够看出在轨服务技术在未来空间探索中的几个重要应用领域:首先是在大型空间站建设中作为一种基础技术手段贯穿全过程;在空间应用领域,如星际飞船建造中,大型空间站担负的是类似于机场和船坞的作用,而空间在轨服务技术则担负装配、维修和加注等任务;由于把一些工作转移到了空间完成,空间在轨服务技术为深空探测任务提供了很大的便利的同时能够有效的降低任务成本。

3.2 在轨服务技术在小行星探测任务中的应用

相比月球和行星探测,小行星探测具有更多的变化,但是空间在轨服务技术仍然与之有很深的关联。小行星由于具有4个不确定性,因而选取合适的探测目标和探测方式是小行星探测任务中一个重要的问题。结合在轨服务技术,在此提出一种小行星探测方式的构想:首先在对象选取环节,可以考虑选择探测环绕太阳椭圆轨道运行的小行星,这类小行星轨道规律更容易确定,且航天器的控制上更容易实现,而针对不同尺寸、不同密度的小行星,也要选择不同的探测方式。

对于小行星探测,也可以分为无人探测和载人探测两种形式。对于载人小行星探测,有以下几个核心问题:航天员的生命保障;推进系统性能和任务周期;人机联合探测系统。其中与在轨服务技术有紧密联系的就是人机联合探测系统。对于尺寸较大的小行星,关键在于接近并降落,对于飞船的GNC系统提出了较高要求。对于尺寸较小的小行星,可以考虑采用抓捕和捕获的方式进行探测,可以考虑的方式有:机械臂捕捉;网捕获;充气气囊捕获等。这几种在轨捕获方式都是当前主要研究的在轨捕获技术。借助这几项技术,不论有人或无人的探测形式,都可以实现对小行星的捕获与采样,甚至对于小行星资源的开发、太空矿藏开采都能起到一定的作用。



课上介绍了一种充气气囊捕获小行星的方式,这种捕获方法由美国NASA提出,适合于载人小行星探测任务,要求小行星尺寸不能过大。这种方法的主要思想和技术手段脱胎于在轨捕获技术,其大致流程是:首先接近小行星并调整姿态与之相对静止,再打开捕获机构,确保捕获机构的截面能覆盖小行星,然后逐步打开整个充气气囊结构,把整个小行星装进“袋子”里,航天员就可以在充气囊内对小行星进行探测。

除了在捕获和探测过程中发挥作用之外,在轨服务技术还能建立一种天基近距离观测的探测方式,通过合理设计轨道,可以使探测飞船绕飞小行星,这种探测方式尤其适用于旋转速度较快或者密度较小,构成松散的小行星。可以看出,在小行星探测任务中,在轨服务技术可以应用在小行星探测的不同阶段、不同领域,针对特定的科学任务、特定的小行星还有很多的可以挖掘的工程技术点。

4 结语

总结前面所述的内容,在轨服务技术是未来航天领域的一门基础技术,是未来从事空间技术活动必备的手段,在深空探测任务中也能够发挥极大的作用。首先在空间基础设施建设方面,大型空间站的建造需要这种技术手段的支持;在空间探索过程中,在轨服务技术能够作为新的制造装配手段,完全改变空间载具的面貌;最后,在未来众多的无人探测任务中,空间在轨服务技术能够提供有力支撑,大大提高探测能力和系统可靠性。

经过这一学期的学习,我了解到了很多载人航天的前沿技术,深刻理解了载人航天、深空探测等任务的重大意义,以及在这些工程实践中有哪些重点技术等待着我们去挖掘、攻关。这样一门课程对于培养系统思维、完善知识体系以及建立航天战略意识有非常大的帮助。在此也再次感谢载人深空探测团队各位老师的辛勤付出,预祝各位老师工作顺利,再创佳绩!也预祝我国的航天事业繁荣兴旺!
评语:刘育琦同学的这篇文章很好地解释了为什么我国在“十三五”规划中提出将深空探测和在轨服务作为一个重大专项来规划?从技术发展的角度来看,来源于载人航天有航天员参与的在轨服务技术,未来在载人深空探测等领域将有广阔的应用空间。全文结合自己的思考提出了在空间站的组装,月球/火星基地的构建,载人抓捕小行星等任务都将涉及到的机械臂、在轨补加、在轨组装等技术领域。这篇文章同时也体现出作者上课时认真听讲、积极思考,虽然没有教材留给你们,但作者能够做到活学活用,具有较强的系统思维能力,给你点赞!!!
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