空間站“搭積木”“太空之吻”技術(shù)不可或缺

文／付毅飛 何 亮

交會(huì)對(duì)接的“太空之吻”再一次成功！

10月16日6時(shí)56分，神舟十三號(hào)載人飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口，與此前已對(duì)接的天舟二號(hào)、天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船一起構(gòu)成四艙(船)組合體，這是我國(guó)載人飛船在太空實(shí)施的首次徑向交會(huì)對(duì)接。

自4月份以來(lái)，我國(guó)已成功實(shí)施了空間站建造任務(wù)的5次發(fā)射，其中包括被稱為“太空母港”的天和核心艙，派出兩位“太空快遞小哥”派送物資，安排兩批共6名航天員“出差”外太空。每項(xiàng)任務(wù)環(huán)環(huán)相扣，都關(guān)系著我國(guó)空間站的建造及運(yùn)營(yíng)。

要想搭建起這座“太空城堡”，不得不提被稱為“太空之吻”的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)。沒(méi)有它，建立空間站、維持空間站的正常運(yùn)營(yíng)，航天員的定期更換，以及提供給空間站一切必要的天地往返運(yùn)輸任務(wù)都無(wú)從談起。

中國(guó)航天迎來(lái)首次徑向交會(huì)對(duì)接

從2011年首次亮相至今，“太空之吻”已經(jīng)走過(guò)了整整十年。十年間，我國(guó)共成功實(shí)施15次（含神13）精準(zhǔn)可靠對(duì)接，經(jīng)歷了從無(wú)人到有人、從自動(dòng)到手控、從幾天到6.5小時(shí)、從軸向?qū)拥綇较驅(qū)拥膭?chuàng)新突破。

此次神舟十三號(hào)首次完成與49噸級(jí)的空間站組合體自主快速?gòu)较蚪粫?huì)對(duì)接，我國(guó)空間站首次組成“T”字構(gòu)型。

與以往歷次任務(wù)中的軸向?qū)酉啾龋瑥较驅(qū)拥某跏紬l件更加苛刻，為此，研制團(tuán)隊(duì)全面分析對(duì)接工況，有效消除徑向?qū)舆^(guò)程中可能出現(xiàn)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，確保實(shí)現(xiàn)90度的“穩(wěn)”。

早在航天事業(yè)起步之初，老一輩航天工作者就深刻地認(rèn)識(shí)到掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)是我國(guó)獨(dú)立自主建設(shè)空間站必須走出的關(guān)鍵一步，并將其確定為實(shí)現(xiàn)載人航天工程“三步走”中第二步要突破的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。

面對(duì)這項(xiàng)世界航天領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的最復(fù)雜、最難攻關(guān)的技術(shù)，八院805所在1995年啟動(dòng)了對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制立項(xiàng)，在沒(méi)有參考資料的情況下，數(shù)千次的試驗(yàn)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)積累……一群懷揣著對(duì)接夢(mèng)想的航天人枕戈待旦、埋頭苦干了16年。

終于在2011年，神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器實(shí)現(xiàn)軸向?qū)樱覈?guó)首次實(shí)現(xiàn)無(wú)人空間交會(huì)對(duì)接，成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家，僅用一年時(shí)間便實(shí)現(xiàn)了有人空間手動(dòng)交會(huì)對(duì)接。

“太空母港”上的“對(duì)接五兄弟”

“對(duì)接機(jī)構(gòu)分為主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)和被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)。神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船以及后續(xù)發(fā)射的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙都配置主動(dòng)端，入軌后，它們會(huì)自主完成與核心艙上的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的捕獲、拉回、鎖緊。不同的飛船將根據(jù)任務(wù)需求，對(duì)接于核心艙上配置的各個(gè)對(duì)接口，這也是核心艙被稱為‘太空母港’的由來(lái)?！卑嗽簩?duì)接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)師介紹。

核心艙上共配置了5個(gè)被動(dòng)對(duì)接口，設(shè)計(jì)師親切地稱它們?yōu)椤皩?duì)接五兄弟”，它們各司其職，共同助力空間站任務(wù)。

“大哥”在核心艙的后端，核心艙專門的“太空快遞通道”，又稱為“后向?qū)涌凇?，主要用于?duì)接“太空快遞小哥”天舟貨運(yùn)飛船，保證整個(gè)空間站的貨物輸送及在軌“能量”補(bǔ)充，同時(shí)也是載人飛船的備份對(duì)接通道。

“二哥”在節(jié)點(diǎn)艙的最前端，大名叫“前向?qū)涌凇保瑏?lái)訪的“客人”較多，除了神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船外，將來(lái)還要會(huì)先后迎接問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，堪稱“天宮守門人”；大哥和二哥還有特殊的補(bǔ)加接口，都可以為空間站補(bǔ)充推進(jìn)劑。

三哥又稱“徑向?qū)涌凇?，本次神舟十三?hào)載人飛船就是對(duì)接在此處，是專門的“航天員通道”。

四哥和五弟在節(jié)點(diǎn)艙的兩側(cè)呈對(duì)稱分布，稱為“側(cè)向停泊口”，將來(lái)問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙會(huì)永久?？吭谶@里，讓航天員的居住條件由“一居室”變成“三居室”，大大增加航天員的活動(dòng)空間和范圍。

對(duì)“五兄弟”來(lái)說(shuō)，要如此長(zhǎng)時(shí)間的暴露在太空環(huán)境中，承受88000次超過(guò)200攝氏度范圍的高低溫循環(huán)、低軌空間原子氧的剝蝕、多頻次的對(duì)接與分離后仍確保可靠，這對(duì)它們來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的艱難考驗(yàn)。

“通常來(lái)說(shuō)，對(duì)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命為3年，而‘五兄弟’足以算得上高壽命了。”為此，八院805所對(duì)接機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)全面系統(tǒng)地為“五兄弟”做了“深度體檢”，并為“五兄弟”量身定制了“延壽保險(xiǎn)”，包含了可能發(fā)生的故障預(yù)案共79項(xiàng)并制定了詳細(xì)處置措施，確保它們?cè)谲壠陂g的健康穩(wěn)定工作。

目前，八院通過(guò)部組件產(chǎn)品化、測(cè)試項(xiàng)目通用化以及發(fā)射場(chǎng)流程優(yōu)化等方式，有效提高了生產(chǎn)、總裝、測(cè)試、試驗(yàn)效率，在確保滿足空間站建造及運(yùn)營(yíng)階段需求的同時(shí)，也保證每一次“太空之吻”的完美亮相。