太空再現(xiàn)“萬(wàn)里穿針”

薛英民

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船模擬圖

5月30日5時(shí)1分，在成功發(fā)射約8小時(shí)后，由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙完成了全自主快速交會(huì)對(duì)接，“萬(wàn)里穿針”技術(shù)再現(xiàn)太空。

空間交會(huì)對(duì)接是載人航天活動(dòng)的三大基本技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)空間站和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營(yíng)救等在軌服務(wù)的先決條件，復(fù)雜度高、精準(zhǔn)度高、自主性要求高、安全性要求高。為掌握該項(xiàng)技術(shù)，航天科技集團(tuán)五院502所研制人員奮斗了近30年。

天舟二號(hào)與核心艙的此次交會(huì)對(duì)接是我國(guó)在軌進(jìn)行的第二次快速交會(huì)對(duì)接，與2017年天舟一號(hào)與天宮二號(hào)的交會(huì)對(duì)接相比，此次又實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)升級(jí)。相較于天舟一號(hào)，天舟二號(hào)增加了“全相位全自主交會(huì)對(duì)接方案”，“全相位”就是無(wú)論目標(biāo)飛行器在入軌時(shí)和空間站的相對(duì)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(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，而不用專門根據(jù)空間站的位置來(lái)選擇飛船發(fā)射時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)了全天候發(fā)射?！叭灾鳌本褪菑娘w船入軌到交會(huì)對(duì)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。天舟一號(hào)在遠(yuǎn)距離段需要人工輔助把飛船引導(dǎo)到距離天宮二號(hào)一定的位置，然后由飛船自主完成近距離交會(huì)對(duì)接。天舟二號(hào)增加了遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引，飛船可以利用北斗導(dǎo)航的位置信息來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的全自主的導(dǎo)航計(jì)算及其制導(dǎo)與控制。

手控交會(huì)對(duì)接和自動(dòng)交會(huì)對(duì)接是空間交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)的左右手，互為備份，是系統(tǒng)可靠性的重要保障，所以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(jì)了相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。

天舟二號(hào)是貨運(yùn)飛船，但是它也裝備了手控系統(tǒng)，在貨運(yùn)飛船與空間站交會(huì)對(duì)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(jìn)行手控遙操作實(shí)現(xiàn)前向或后向的交會(huì)對(duì)接或撤退撤離的能力。一旦自動(dòng)交會(huì)對(duì)接模式故障時(shí)，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(guò)“遙操作”，以遙控的方式“駕駛”飛船，實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)飛船規(guī)避空間站或安全、準(zhǔn)確地與空間站對(duì)接。

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(guò)設(shè)計(jì)不同的信息接口實(shí)現(xiàn)了相互故障隔離，但必要時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)可靠的模式切換，即在自控模式下，通過(guò)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(guò)程中，也可以通過(guò)地面注入指令或航天員手控指令轉(zhuǎn)入自控模式。

隨著天舟二號(hào)和空間站核心艙的首次太空牽手，中國(guó)的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)也迎來(lái)了新的歷史階段。行而不輟，未來(lái)可期，中國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)必將在把我國(guó)建成航天強(qiáng)國(guó)的征程中發(fā)揮更大作用。