回顧中國航天歷次太空交會對接 “萬里穿針”再耀太空

2021-05-30 13:58:51

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供稿：網友

5月30日，天舟二號貨運飛船與天和核心艙順利實現交會對接，太空再次上演“浪漫之吻”。

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術之一，是實現空間站和空間運輸系統的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌服務的先決條件，復雜度高、精準度高、自主性要求高、安全性要求高，其難度被形象地稱為“萬里穿針”。科研人員前赴后繼奮斗了20余年，最終攻克并掌握了這項關鍵技術。

快速對接，“時鮮貨”按時送達

據航天科技集團五院天舟二號貨運飛船副總設計師黨蓉介紹，以往飛船的交會對接從發射到具備交會對接條件需要2-3天時間，過程中還需要大量的人工參與。而此次天舟二號與核心艙對接采用的是快速交會對接技術，而且無需地面干預，就像無人駕駛汽車一樣。

快速交會對接不僅可以縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，減少航天員不必要的體力與精力付出，同時也可以保證一些“時鮮貨（比如生物制劑等）”盡快送達空間站。在安全方面，如果空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會對接可以迅速做出反應，向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。為了此次快速交會對接，航天科技集團五院的研制團隊突破了航天器自主導航測軌、定軌、自主快速制導等技術，將復雜的算法和遠距離導引技術工程化，把原來遠距離導引段需要地面干預的工作交由航天器的星上計算機自主運行，為快速交會對接順利實施做好了各種準備。

兩手準備，自控、手控皆可

手控交會對接和自動交會對接是空間交會對接系統的左右手，互為備份，是飛船可靠性的重要保障。天舟二號是貨運飛船，但是它也裝備了手控系統，可以由人“駕駛”著實現交會對接。

那么，天舟二號無法載人怎么實現手控呢？只需要在“手控”后面加三個字“遙操作”，即當貨運飛船需要手控交會對接的時候，坐在空間站內的航天員通過手控遙操作，駕駛貨運飛船完成與空間站的交會對接或撤離。而且為保證系統整體可靠性，天舟的自控與人控系統間通過設計不同的信息接口實現了相互故障隔離。

天舟一號的時候，在遠距離段，需要人工輔助把飛船送到距離天宮二號一定的位置，然后由飛船自主去對接。天舟二號增加了遠距離自主導引，就是飛船可以利用北斗導航的位置信息來實現遠距離的全自主的導航計算及其制導與控制。就是說，以后天舟飛船對空間站的造訪，過程中人只負責監視，整個飛行和交會對接的過程是全自主的。

可全相位對接，不怕多飛一整圈

與天舟一號時的快速交會對接相比，天舟二號的技術更進一步。五院502所為飛船GNC系統增加了“全相位自主交會對接方案”。

顧名思義，“全相位”，就是無論目標飛行器在入軌時和空間站的相對位置有1/4圈、半圈，哪怕整圈，“天舟”都可以以最快速度或者在規定時間點到達，而不用專門根據空間站的位置來選擇飛船發射時間，真正實現了全天候發射。

在最合適的情況下，從貨運飛船入軌算起，最短可以在約4個小時實現交會對接，為了適應空間站運營多對接口的新需求，五院502所還在掌握繞飛技術基礎上，發展出了中瞄點，就是在空間站后下方附近設置“中轉站”，通過該點可以最方便地繞向任一個對接口實現交會對接。

“溫柔一吻”，可控阻尼緩沖撞擊能量

天舟二號貨運飛船要把物資和設備送進核心艙，要實現推進劑補加，就必須在船—艙間建立起高可靠的剛性連接，航天科技集團八院805所抓總研制的對接機構分系統為此提供了保障。

交會對接，是兩個航天器在空間軌道上會合并在結構上連成一個整體的技術，是實現空間站、太空平臺和空間運輸系統的空間裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌道上服務的先決條件。

我國是世界上第三個獨立掌握太空交會對接技術的國家。自2011年11月3日對接機構首次亮相以來，我國共實施了10次空間交會對接，圓滿實現了首次無人/載人交會對接，并驗證了在軌補加技術，為空間站建設打下了堅實的基礎。

為了適應天和核心艙22噸級對接目標以及未來空間站180噸的對接任務，讓貨運飛船的主動對接機構與核心艙的被動對接機構“溫柔”地“吻”上去，八院805所設計師對第一代對接機構進行升級改進，創新性地提出了可控阻尼的控制思路，來緩沖大噸位航天器對接過程中產生的撞擊能量，在經過544次仿真分析和317次地面試驗后，設計師充分驗證阻尼器的各項功能和性能指標，使原本8噸的對接能力提升到74噸，乃至180噸，大大提升了大型航天器對接的可靠性和安全性。

回顧：二十余年磨一劍

為了早日建成中國人自己的空間站，在中國的載人航天工程立項的同一年，航天科技集團五院502所的科研人員就瞄準交會對接技術開始了攻關之路。

2011年11月，神舟八號成功完成了與天宮一號的兩次自動交會對接。2012年6月，神舟九號在航天員的操控下與天宮一號成功對接。標志著我國突破了相對導航、制導、控制和交會對接相對測量敏感器等一系列關鍵技術，我國成為世界上第三個獨立掌握交會對接的國家。

2016年，作為交會對接的一項必要的相關技術，神舟十號突破了繞飛技術。

2017年，天舟一號和天宮二號實現了6.5小時快速交會對接在軌試驗，使我國成為世界上第三個掌握近地快速交會對接的國家。至此，經過五院502所20余年努力，空間交會對接技術被中國人完整獨立掌握。

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