天舟 太空再現(xiàn)“萬里穿針”！核心技術(shù)30年磨一劍
中青報·中青網(wǎng)5月30日消息，太空再次上演“浪漫之吻”。
5月30日5時01分，飛向太空不久的天舟二號貨運飛船，來不及停歇，便與天和核心艙完成了全自主快速交會對接，“萬里穿針”技術(shù)再現(xiàn)太空。
所謂交會對接，是指兩個航天器在空間軌道上，會合并在結(jié)構(gòu)上連成一個整體，這是載人航天活動的三大基本技術(shù)之一，是實現(xiàn)空間站和空間運輸系統(tǒng)的裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌服務(wù)的先決條件，復(fù)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”。
中國航天科技集團五院天舟二號貨運飛船副總設(shè)計師黨蓉告訴采訪人員，我國是世界上第三個獨立掌握太空交會對接技術(shù)的國家。自2011年11月3日對接機構(gòu)首次亮相以來，我國共實施了10次空間交會對接，圓滿實現(xiàn)了首次無人/載人交會對接，并驗證了在軌補加技術(shù)，為空間站建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)。為掌握這項技術(shù)，五院502所研制人員前赴后繼奮斗了近30年。
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天舟二號貨運飛船與天和核心艙交會對接模擬圖。圖片來源：中國航天科技集團五院
黨蓉說，天舟二號與核心艙的此次交會對接是我國在軌進行的第二次快速交會對接，與2017年天舟一號與天宮二號的交會對接相比，此次又實現(xiàn)了新的技術(shù)升級。
相較于天舟一號，天舟二號增加了“全相位全自主交會對接方案”。
所謂“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(guī)定時間點實現(xiàn)對接，而不用專門根據(jù)空間站的位置來選擇飛船發(fā)射時間，真正實現(xiàn)了全天候發(fā)射；“全自主”，則是從飛船入軌到交會對接成功，全程不需要人工干預(yù)，船上控制器自主規(guī)劃完成。
黨蓉說，天舟一號在遠距離段是需要人工輔助把飛船引導(dǎo)到距離天宮二號一定的位置，然后由飛船自主完成近距離交會對接。天舟二號增加了遠距離自主導(dǎo)引，飛船可以利用北斗導(dǎo)航的位置信息來實現(xiàn)遠距離的全自主的導(dǎo)航計算及其制導(dǎo)與控制。
換句話說，以后天舟飛船對空間站的造訪，過程中人只負責監(jiān)視，整個交會和對接過程完全自主完成。
手控交會對接和自動交會對接是空間交會對接系統(tǒng)的“左右手”，互為備份，是系統(tǒng)可靠性的重要保障。神舟載人飛船從研制之初就按照不同的邏輯分別為兩套系統(tǒng)設(shè)計了相對獨立的系統(tǒng)。
黨蓉說，天舟二號是貨運飛船，但是它也裝備了手控系統(tǒng)，在貨運飛船與空間站交會對接的最后平移靠攏段，手控是重要的控制手段之一，具備支持空間站內(nèi)航天員進行手控遙操作實現(xiàn)前向或后向的交會對接或撤退撤離的能力。
“一旦自動交會對接模式故障時，控制系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)為手控遙操作模式，空間站上的航天員可以通過‘遙操作’，以遙控的方式‘駕駛’飛船，實現(xiàn)貨運飛船規(guī)避空間站或安全、準確地與空間站對接。”黨蓉說。
據(jù)她介紹，為保證系統(tǒng)整體可靠性，天舟的自控與手控系統(tǒng)間通過設(shè)計不同的信息接口實現(xiàn)了相互故障隔離，但必要時又可以實現(xiàn)可靠的模式切換。即在自控模式下，通過地面注入指令或航天員手控指令可以迅速轉(zhuǎn)入手控遙操作模式，手控遙操作過程中，也可以通過地面注入指令或航天員手控指令轉(zhuǎn)入自控模式。
中國航天科技集團五院天舟二號貨運飛船總設(shè)計師白明生表示，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前，五院502所的科研人員就瞄準空間站建設(shè)必須的交會對接技術(shù)開始了攻關(guān)。
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，神舟九號在航天員劉旺的操控下與天宮一號成功實現(xiàn)手控交會對接，標志著我國突破了相對導(dǎo)航、制導(dǎo)、控制和交會對接相對測量敏感器等一系列關(guān)鍵技術(shù)，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(guān)技術(shù)，在神舟十號任務(wù)中驗證了繞飛技術(shù)。2017年，天舟一號和天宮二號快速交會對接在軌試驗圓滿成功，使我國成為世界上第三個掌握近地快速交會對接的國家。之后，研發(fā)團隊用幾年的時間在自主性、可靠性等多方面對交會對接技術(shù)進行了完善，至天舟二號與核心艙對接，502所三代研發(fā)人員已經(jīng)前赴后繼奮斗了近30年。
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