详解空间交会对接技术揭秘太空飞“吻”_新闻台

天宫一号交会对接前四大关键步骤示意图。CFP供图

　　载人飞行时，航天员打开舱门，进入目标飞行器，完成两飞行器之间的货物转移和交换、科学实验等在轨驻留任务。

　　天宫一号和“神八”都装有一个对接机构。这对类似“螺栓”与“螺帽”的对接装置构造相当复杂，由几百个齿轮传动，至今只有我国和美、俄能设计制造。

　　天宫一号在太空筑巢后，将静待与“神八”、“神九”、“神十”飞船的“太空三吻”，开展无人和载人空间交会对接飞行试验。天宫一号将和11月发射的神舟八号飞船进行我国首次空间交会对接试验。明年，还将陆续发射神舟九号、十号飞船与天宫一号实现交会对接。其中神舟八号是无人飞船，神舟九号是否载人未定，而神舟十号是载人飞船。

　　空间交会对接是除了载人航天器的发射并返回技术、空间出舱活动技术之外，载人航天的三大基本技术之一。迄今为止，全世界共计进行了300多次空间交会对接活动，但只有美国和苏联/俄罗斯掌握了完整的空间交会对接技术。空间交会对接具体过程怎样？需要解决哪些关键性的技术问题？南方日报记者采访中国载人航天工程总设计师周建平，揭秘“太空之吻”。

　　空间交会对接“四步走”

　　怎样实现空间交会对接？周建平介绍了对接的四个步骤。

　　首先，发射天宫一号目标飞行器，并在交会对接前将其调整到满足相位、轨道高度等要求的对接轨道；

　　然后，发射神舟飞船作为追踪飞行器，通过地面远距离导引控制和近距离自主飞行，使飞船与目标飞行器在空间实现轨道交会，并通过对接机构使二者形成刚性密封连接的飞行组合体；

　　载人飞行时，航天员打开舱门，进入目标飞行器，完成两飞行器之间的货物转移和交换、科学实验等在轨驻留任务；

　　最后，飞船与目标飞行器分离并离轨返回着陆场，目标飞行器继续在轨运行并等待下一次对接。

　　自主与人工控制相结合

　　周建平表示，空间交会对接，追踪飞行器飞行到近距离时，由飞船自动控制，或由飞船或目标飞行器上的航天员人工控制实施。

　　人控具有系统简单、可靠的特点，缺点是仅适用于载人航天器；自控系统可以适用载人和不载人航天器，可以规避人员操作失误的风险，但系统更复杂。在载人航天交会对接控制中，会同时采用自主与人工控制两种手段。

　　周建平介绍，正常情况下，使用自动交会控制方式具有更加精确的优点，尤其是当技术经过充分试验验证趋于成熟后。另外，当距离较远时，追踪飞行器自主交会飞行也只有自动控制手段才是可行的。

　　但是，自动系统复杂，保证设备可靠的工作难度更大。而人工控制系统相对要简单得多，所以要设计航天员人工控制作为第二种控制手段。

　　对接机构“一吻定情”

　　对接过程有两种实现途径。一种是利用机械臂完成捕获并送到指定对接口完成对接锁定操作。另一种是利用对接机构。

　　这类机构均由主、被动两部分组成，作为被动的一端安装在目标飞行器上，而主动的一端则安装在追踪飞行器上，两飞行器进入对接走廊后利用其相对接近速度实现捕获，然后由对接机构完成锁紧等操作。

　　周建平介绍，对接机构的主要作用是实现两个航天器捕获和刚性密封连接。他透露，对接机构是一套十分复杂、精细的机电设备，具有捕获、锁紧、密封、分离功能。

　　对接完成并开启舱门后，追踪飞行器和目标飞行器之间，就形成了供人员和货物通行的通道。此外，对接机构上还配置了气、液、电对接接口，能够为目标飞行器补给推进剂和气体，并实现供电和信息并网。

　　○关键

　　测量与监控确保“无缝对接”

　　交会对接的测量设备即相对测量敏感器是交会对接任务成功的关键。周建平表示，相对测量敏感器要求精度高、作用距离和视场范围大，在一定程度上决定了交会对接自主程度和技术水平。

　　交会对接相对测量敏感器通常分为远场和近场敏感器两类。远场敏感器一般作用距离为几十或上百公里到百米量级，用于交会对接“寻找目的段”和“接近段”。而近场敏感器一般作用距离为几百米到对接，用于交会对接的近距离接近段和平移靠拢段。

　　周建平介绍，远场敏感器通常只要求测量目标飞行器相对追踪飞行器的位置和速度，而近场敏感器还要求测量二者的相对姿态。

　　交会对接飞行中，地面要同时对两个飞行器进行测控，并在两到三天内完成对追踪飞行器的4到5次精确轨道控制和预报。交会对接还要求地面飞控中心对交会对接的关键事件进行监视。进入“寻的段”后，追踪飞行器转入自主控制，地面要对交会对接过程进行全程监视，并在必要时进行干预。

　　○链接

　　对航天员进行地面仿真试验

　　航天器飞行试验成本巨大，研发过程中，主要依靠地面试验模拟飞行环境和状态来验证设计的正确性。周建平举例说，在航天飞机和空间站的交会对接任务中，就在地面上对航天员进行了长达500个小时以上的地面仿真操作培训。交会对接飞行试验前，必须依靠充分的地面试验和正确的仿真验证设计。试验和仿真中要求尽量模拟飞行环境条件、边界条件和极限条件，保证试验和仿真方法的正确性。

　　周建平透露，在载人航天交会对接任务研制过程中，仅在交会和对接动力学、自动和人工控制方面就研制了9自由度半实物控制仿真系统、6自由度对接动力学半实物仿真系统等一大批可以模拟空间环境和运动的试验设备。“我们还提出了工程大系统仿真的概念，并构建了实用的仿真系统。”周建平介绍，其目的是按交会对接任务飞行时序关系，用仿真系统将工程各大系统联系在一起，飞行控制人员作为仿真系统的有机构成部分直接参与其中，对正常和故障飞行状态进行全面仿真试验，综合检验各大系统飞行程序的正确性、正常和故障情况下飞控策略的实施能力以及各系统间接口的协调性。

　　南方日报前方特派记者赵杨李秀婷

　　南方日报后方联动记者闫昆仑辛钧庆

　　统筹徐林胡念飞