伴飞卫星:神七的随身护驾

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导读: [img]http://pic.itiexue.net/pics/2008_9_23_47574_7947574.jpg[/img] 伴飞卫星这个“小个头”其实就是一种专门的航天器,其环绕空间站或其他空间飞行器运动。由于它的相对运动总是伴随空间站或其他空间飞行器,故被称为伴飞卫星。同时,根据绕飞目标的不同,伴飞卫星可以细化为不同的名字,如空间站伴飞卫星。 虽然是卫星家族里的“小个子”,但伴飞卫星作用可不小,在通信、对地观测、天文观测、技术试验、科学试验领域都有其用武之地。从目前来看,伴飞卫星的
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伴飞卫星这个“小个头”其实就是一种专门的航天器,其环绕空间站或其他空间飞行器运动。由于它的相对运动总是伴随空间站或其他空间飞行器,故被称为伴飞卫星。同时,根据绕飞目标的不同,伴飞卫星可以细化为不同的名字,如空间站伴飞卫星。


虽然是卫星家族里的“小个子”,但伴飞卫星作用可不小,在通信、对地观测、天文观测、技术试验、科学试验领域都有其用武之地。从目前来看,伴飞卫星的主要作用是通过它实现对主航天器的观测和照料,并辅助其完成任务。从世界范围来看,空间站伴飞卫星的研究成为各国关注的焦点。


功用:长出一双“慧”眼


利用伴飞卫星实现对大型空间航天器的近距离观测,这是世界各国发展伴飞卫星时的最初构想。如美国曾经就有过在航天器上搭载、释放一些小卫星的事情。1984年8月,美国第三架航天飞机发现者号在轨道上成功地发射3颗卫星。1985年10月,第四架航天飞机亚特兰蒂斯号部署两颗卫星后安全返回地面。虽然这些试验尚未形成绕飞,但它重点检验了在轨释放技术。之所以做这些探索,很大程度是因为“小个头”具有大能耐。


在伴飞过程中会出现一个很有意思的现象:伴飞的小卫星,往往沿着近似同心圆的轨道对大卫星“紧追不舍”,忽前忽后,忽高忽低,严密“监视”大卫星的一举一动。在“追”的过程中,小卫星已经将大卫星在各个不同时间的工作状态“记录在案”。


其中的奥秘在于“小个头”具有一双“慧眼”:可以观察航天器的外观形貌,判断结构是否正常,能够“发现”空间碎片。同时它善于“观察”,可以实现对空间站周围的信息、环境和介质的收集、探测和测量,并使得这种信息的收集、测量和诊断不受区域的限制,能长期重复地进行。


因此,通过对空间站的长期观察和照料,“小个头”可以保障绕飞航天器的安全运行,在空间站运行出现异常时,地面可以利用“小个头”得到的信息,以便及时地采取措施。



“生”出一双机械手


伴随着空间站的发展,航天员在空间站上的居住时间越来越长,和平号空间站目前已经达到了永久载人的能力。但据报道,排除故障、用于站上维修和保养,占用了该空间站航天员约80%%的时间。而如果在伴飞卫星上安装机械手,就能实现对空间站的直接维修,比如:在空间站伴飞卫星上安装扫描、定向摄像系统及其他检测设备,以提供有益的维修信息,当空间站或其他航天器出现故障时,与航天员、空间机械手构成有力的维修系统,缩短故障排除和维修的时间;让航天员在不出舱情况下完成故障的排除和维修。


背景:尚没真正应用空间站伴飞卫星


正是基于伴飞卫星这么多的优点,从世界范围来看,各国都在伴飞卫星的探索上不遗余力。


特别是30年来空间站技术发展迅速,前苏联、美国礼炮系列空间站、天空实验室空间站、和平号空间站的相继发射。发射的一个直观结果是空间站系统越来越庞大,越来越复杂,围绕空间站的航天活动也越来越频繁,应用面也越来越广阔。


在这种背景下,针对空间站发展的这些特点,从保障空间站的安全、保证各种航天活动顺利进行的角度考虑,发射空间站伴飞卫星显得迫在眉睫。


虽然迄今为止还没有一颗空间站伴飞卫星真正应用,但世界各国已经在积极探索和试验。比较典型的、具有空间站伴飞卫星功能的研究和发展计划有:以德国为首的Inspector计划、美国的XSS飞行器、Livermore微小卫星、AERCam微小卫星、法国CNES天文观测任务、德国的TerraSAR-X雷达卫星计划、SSFTS遥控机器人装置及徘徊者遥控机器人飞行试验计划等。这当中尤以Inspector计划最为著名。与此同时,西欧、日本等国家也正在加紧空间站技术的研究。



现状:空间站已有航天器伴飞


虽然目前还没有伴飞卫星发射应用,但是已有航天器作伴飞运动的尝试。美国、俄罗斯等国家的一些航天飞机、飞船在与空间站交会对接过程中,要先绕空间站转一圈,观测空间站的飞行状态等情况,然后进行对接。在执行完任务撤离空间站时,再绕空间站飞行一段时间后离开。


2000年6月28日,俄罗斯把3颗微小卫星发射入太空,卫星上的微推进系统使卫星完成与其他卫星的空间汇合并在近距离对其进行拍照,实现空间近距离观测。


随着航天技术的不断发展,卫星和载人航天器之间的编队飞行、交会对接和互相拦截等将会越来越多,这些都要涉及到伴飞运动和伴飞轨道。


美国就曾在航天飞机上通过航天员发射释放了仅重5kg的纳米卫星。释放后的纳星由自带电池供电,冷氙气推进,可由航天员在舱内遥控操纵卫星调整姿态和喷气变轨,或在航天员监视下自主飞行。释放后的微小卫星可以对航天员和航天飞机进行几个小时的近距离视频和照相观测。该项目主要用于验证微小伴星对主航天器的表面检测、自主对接和在轨回收等技术,回收充电后的微小伴星可以多次使用。



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