回顾中国航天历次太空交会对接 “万里穿针”再耀太空

2021-05-30 13:58:51

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供稿：网友

5月30日，天舟二号货运飞船与天和核心舱顺利实现交会对接，太空再次上演“浪漫之吻”。

空间交会对接是载人航天活动的三大基本技术之一，是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件，复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高，其难度被形象地称为“万里穿针”。科研人员前赴后继奋斗了20余年，最终攻克并掌握了这项关键技术。

快速对接，“时鲜货”按时送达

据航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉介绍，以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要2-3天时间，过程中还需要大量的人工参与。而此次天舟二号与核心舱对接采用的是快速交会对接技术，而且无需地面干预，就像无人驾驶汽车一样。

快速交会对接不仅可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，减少航天员不必要的体力与精力付出，同时也可以保证一些“时鲜货（比如生物制剂等）”尽快送达空间站。在安全方面，如果空间站等航天器突遇紧急情况，快速交会对接可以迅速做出反应，向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。为了此次快速交会对接，航天科技集团五院的研制团队突破了航天器自主导航测轨、定轨、自主快速制导等技术，将复杂的算法和远距离导引技术工程化，把原来远距离导引段需要地面干预的工作交由航天器的星上计算机自主运行，为快速交会对接顺利实施做好了各种准备。

两手准备，自控、手控皆可

手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手，互为备份，是飞船可靠性的重要保障。天舟二号是货运飞船，但是它也装备了手控系统，可以由人“驾驶”着实现交会对接。

那么，天舟二号无法载人怎么实现手控呢？只需要在“手控”后面加三个字“遥操作”，即当货运飞船需要手控交会对接的时候，坐在空间站内的航天员通过手控遥操作，驾驶货运飞船完成与空间站的交会对接或撤离。而且为保证系统整体可靠性，天舟的自控与人控系统间通过设计不同的信息接口实现了相互故障隔离。

天舟一号的时候，在远距离段，需要人工辅助把飞船送到距离天宫二号一定的位置，然后由飞船自主去对接。天舟二号增加了远距离自主导引，就是飞船可以利用北斗导航的位置信息来实现远距离的全自主的导航计算及其制导与控制。就是说，以后天舟飞船对空间站的造访，过程中人只负责监视，整个飞行和交会对接的过程是全自主的。

可全相位对接，不怕多飞一整圈

与天舟一号时的快速交会对接相比，天舟二号的技术更进一步。五院502所为飞船GNC系统增加了“全相位自主交会对接方案”。

顾名思义，“全相位”，就是无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置有1/4圈、半圈，哪怕整圈，“天舟”都可以以最快速度或者在规定时间点到达，而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间，真正实现了全天候发射。

在最合适的情况下，从货运飞船入轨算起，最短可以在约4个小时实现交会对接，为了适应空间站运营多对接口的新需求，五院502所还在掌握绕飞技术基础上，发展出了中瞄点，就是在空间站后下方附近设置“中转站”，通过该点可以最方便地绕向任一个对接口实现交会对接。

“温柔一吻”，可控阻尼缓冲撞击能量

天舟二号货运飞船要把物资和设备送进核心舱，要实现推进剂补加，就必须在船—舱间建立起高可靠的刚性连接，航天科技集团八院805所抓总研制的对接机构分系统为此提供了保障。

交会对接，是两个航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术，是实现空间站、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。

我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家。自2011年11月3日对接机构首次亮相以来，我国共实施了10次空间交会对接，圆满实现了首次无人/载人交会对接，并验证了在轨补加技术，为空间站建设打下了坚实的基础。

为了适应天和核心舱22吨级对接目标以及未来空间站180吨的对接任务，让货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地“吻”上去，八院805所设计师对第一代对接机构进行升级改进，创新性地提出了可控阻尼的控制思路，来缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量，在经过544次仿真分析和317次地面试验后，设计师充分验证阻尼器的各项功能和性能指标，使原本8吨的对接能力提升到74吨，乃至180吨，大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。

回顾：二十余年磨一剑

为了早日建成中国人自己的空间站，在中国的载人航天工程立项的同一年，航天科技集团五院502所的科研人员就瞄准交会对接技术开始了攻关之路。

2011年11月，神舟八号成功完成了与天宫一号的两次自动交会对接。2012年6月，神舟九号在航天员的操控下与天宫一号成功对接。标志着我国突破了相对导航、制导、控制和交会对接相对测量敏感器等一系列关键技术，我国成为世界上第三个独立掌握交会对接的国家。

2016年，作为交会对接的一项必要的相关技术，神舟十号突破了绕飞技术。

2017年，天舟一号和天宫二号实现了6.5小时快速交会对接在轨试验，使我国成为世界上第三个掌握近地快速交会对接的国家。至此，经过五院502所20余年努力，空间交会对接技术被中国人完整独立掌握。

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