太空站對接和空中加油哪個更難?
請大神們細說一下兩個技術規則。以便對比。
這兩種對接方式的難點是不一樣的:
空中加油的主要難點是外因太多,因為空氣不是一個穩定的載體,氣流會有波動,需要實時有人監控,控制不好容易相撞。
但空中加油也有很多容易的地方,比如失敗了可以重來,對接時間窗口多,相對速度低,接近容易,並且對接準備時間不用太長(以小時-分鐘計),一般只受限於氣象條件。
航天器對接主要是測控方面難點很大,對精度要求極高,這種計算量基本上人腦是無法直接完成的,都要靠計算機來做。並且對接時間窗口很窄,一旦錯過了,想要再找到同樣一個對接窗口並不容易,準備時間特別長(以天計算)。
空中加油在對接時,如果對接的不夠好,可以人工調整,受油機可以通過直接加速、減速的方法接近目標。
在太空中,要追上一個有一段距離的物體,直接加速會導致錯過目標(美國人第一次實驗失敗就是這個原因)。因為在太空中速度改變會導致軌道變化,並最終要麼距離錯開很遠,要麼速度太大掠過目標(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%9C%83%E5%90%88)。
註:變軌時有一點錯誤就會導致嚴重的偏差,假設兩個航天器在軌道1上前後飛行,後者如果直接向前者加速,最終軌道就變成2的樣子而掠過目標;正常情況下航天器對接一般是目標在軌道3上,飛行器從軌道1出發,經過變軌達到軌道3接近目標的位置,然後在通過多次接近操作靠近目標並對接。
由於太空中沒有阻力,兩個飛行器對接角度偏差要非常小,角度偏差會導致對接以後組合體旋轉,飛機加油基本上不需要考慮角度的偏差問題,空氣阻力以及加油軟管會消除角速度的影響。
載人航天器的軌道一般都不太高,所以安全性還可以,未來如果要實現更高軌道的對接,或者太陽系內的對接,難度就非常的大。可以參考一下登陸火星,相當於航天器跟火星對接,正常情況下登陸火星可選的時間窗口非常有限。
刨除氣象條件的限制,飛機加油基本上可以在地球任何一個位置進行,但如果要實現航天器在太陽系內任意位置對接,使用現有技術的航天技術基本上是無法完成的。
航天對接也有容易的地方,就是可以完全自動化操作,在計算機的控制下可以不需要人干預,但飛機無人控制加油的難度比航天對接要大。我選空中加油。
飛船對接在速度和姿態控制上更好把握。飛機舵面控制的反應可沒有無重力情況下的姿態發動機控制靈活,而且飛機還會受到各種氣流的影響,即便是組合對接好後,加、受油機依然要控制保持相對姿態、速度不能超範圍,而航天器只要建立了剛性鏈接基本就是一個整體,可以一起隨動了。
不要看對地速度,那個沒意義。
感受一下:
http://www.bilibili.com/video/av6438103/
我選空中加油,在近地軌道,萬有引力和牛頓定律是完美的。但是,在空氣中,空氣動力學簡直坑死人。
坎巴拉星人心裡開始冷笑: 勞資有自動對接MOD,呵呵呵呵呵呵呵。
我認為對接更難,或者說麻煩事更多。
空中加油如果是硬管的,加油機上會有操作員配合著「瞄」受油口,軟管的話不用特別擔心拉扯油管什麼的。難度主要體現在對人員操作的要求比較高(我瞎猜的),對不上還可以重試幾次。
對接就不一樣了。對接的前一步是交會,找准發射窗口打提前量瞄準目標飛行器發射上去能省點變軌轉移的時間,但發射窗口並不好找,而且發射過程中經過大氣,會增加一些變數;先發射入軌,再去追目標飛行器,這就需要與目標飛行器存在一個角速度差,也就是兩者軌道一開始並不在同一高度上,然後還是要找准變軌窗口實施霍曼轉移,這個軌道測算和點火時間的控制就不是人力能輕易完成的,而且是真正的失之毫釐差之千里。
通過機動把軌道的一端抬高或降低之後會形成與目標飛行器軌道的接近點,在接近點附近再調整軌道大幅削減與目標飛行器的相對速度,這時兩者軌道幾乎重合,想要對接還得繼續在接近的過程中消除相對速度,並使對介面的軸線盡量重合,否則可能會引起不必要的轉動,這個過程同樣很精細,有一點失誤就可能導致再繞幾圈下次窗口再見了。
對接機構本身也要比加油口複雜,因為空間中沒有空氣阻力/阻尼,需要通過對接機構吸收相對的動能,不然要麼兩個飛行器彈開要麼強行鎖緊引起不收斂的振動導致對接體的損壞。
對接後對接體的能源、控制什麼的可能還需要合併在一起管理,這也比空中加油麻煩得多。
以上還只是同在環地球軌道上的情況,如果要在環太陽軌道或行星間轉移的過程中玩個對接,簡直不敢想像。
強烈建議樓主玩Kerbal Space Program體驗下。
其實如果解決了推進的能源問題,搞出暴力發動機,可能就不用像現在這樣繞來繞去湊窗口了,只要動力足,直接對著加速減速得了,哈哈。上海交通大學力學系負責的交匯對接研究任務。洪嘉振教授但是給我們上課時講到這個課題。交匯對接的所有可能遇到的對接情況,總共編製了一千多種程序。
所以當時就對我們力學專業的博大精深而震撼,再也不覺得學力學是盲目和無用的。
你看無人飛船可以自動對接多少年了,無人機自主空中加油實現才幾年
好幾位都依照坎巴拉太空計劃感覺空中加油更難啊。我覺得對接更難。空中加油時人在迴路的作用大,操作也適應人的直覺,實際上飛機發明沒多久空中加油技術就出現了,前邊也有大神說過了,交會對接時人能發揮的作用很小,人的直覺發揮不了作用,需要依靠計算機和高超的控制技術,難度更大。空中加油的顛簸和震動的影響消除起來比較簡單吧。
明顯對接難得多,空中加油只是速度相同,空氣阻力就行了;飛船對接要考慮變軌,對接位置,引力,太空垃圾,信號因素的影響等!
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