精準對接!太空再現“萬里穿針”神技

2021年5月30日5時1分，天舟二號貨運飛船入軌后順利完成入軌狀態(tài)設置，采用自主快速交會對接模式，精準對接于天和核心艙后向端口，整個過程歷時約8小時?！叭f里穿針”神技再現太空。

快速交會對接如何實現

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術之一，也是實現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的先決條件，復雜度高、精準度高、自主性要求高、安全性要求高。

“以往飛船的交會對接從發(fā)射到具備交會對接條件需要大約2到3天時間，過程中還需要大量的人工參與。而此次天舟二號與天和核心艙對接，整個過程歷時約8小時，不用地面干預，就像無人駕駛汽車一樣?！敝袊教炜萍技瘓F五院天舟二號貨運飛船副總設計師黨蓉說。

快速交會對接不僅可以縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，也可以保證一些“時鮮貨”——比如生物制劑等盡快送達空間站。如果空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會對接可以迅速做出反應，向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。

此次交會對接是我國在軌進行的第二次快速交會對接，與上一次2017年天舟一號貨運飛船與天宮二號飛行器的交會對接相比，此次對接中，天舟二號貨運飛船增加了“全相位全自主交會對接方案”。

“全相位”就是無論目標飛行器在入軌時和空間站相距多少，天舟都能以最快速度或者在規(guī)定時間點實現對接，而不用專門根據空間站的位置來選擇飛船發(fā)射時間，真正實現了全天候發(fā)射?！叭灾鳌本褪菑娘w船入軌到交會對接成功，全程不需要人工干預，飛船上的控制器自主規(guī)劃完成。相比天舟一號，天舟二號增加了遠距離自主導引，飛船可以利用北斗導航的位置信息實現遠距離全自主導航計算及其制導與控制。

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，天舟二號飛船也裝備了手控系統(tǒng)。在貨運飛船與空間站交會對接的最后平移靠攏段，手控系統(tǒng)具備支持空間站內航天員進行手控遙操作實現前向或后向交會對接或撤退撤離的能力。一旦自動交會對接模式出現故障，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，幫助貨運飛船規(guī)避空間站，或者安全、準確地與空間站對接。

約8小時快速交會對接的背后，中國航天科技集團八院抓總研制的對接機構分系統(tǒng)發(fā)揮了關鍵作用。為了適應大噸位的天和核心艙以及未來超大噸位的空間站與飛船對接任務的需要，八院805所設計師創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路，緩沖大噸位航天器對接過程中產生的撞擊能量。經過544次仿真分析和317次地面試驗，阻尼器的各項功能和性能指標得到了驗證，大型航天器對接的可靠性和安全性得到了提升。

2011年11月，神舟八號飛船成功完成了與天宮一號的兩次自動交會對接；2012年6月，神舟九號飛船在航天員劉旺的操控下與天宮一號成功實現手控交會對接，標志著我國突破了相對導航、制導、控制和交會對接相對測量敏感器等一系列關鍵技術，成為世界上第三個獨立掌握交會對接的國家。此次隨著天舟二號和空間站核心艙的首次“太空牽手”，中國的空間交會對接技術迎來了新的歷史階段，未來將在空間站建造和運營中發(fā)揮更大的作用。

先進電源系統(tǒng)確保“快遞小哥”能量滿滿

天和核心艙與天舟二號貨運飛船成功對接后，在組合體飛行模式下，核心艙與貨運飛船實現并網供電。核心艙可以為貨運飛船提供最高2000瓦的供電功率，天舟飛船在關鍵時刻也能為核心艙提供1000瓦左右的供電功率。飛船上先進的電源系統(tǒng)確保貨運飛船、核心艙組合體隨時“能量滿滿”，這套電源分系統(tǒng)由中國航天科技集團八院承擔研制。

“核心艙給貨運飛船供電，主要是考慮到貨運飛船安裝在核心艙的尾部，且太陽電池翼體積較小，容易受到空間站其他組合體的遮擋，發(fā)電能力相對較弱。而貨運飛船給核心艙供電，則是為了應對未來空間站可能出現的極個別特殊情況。”貨運飛船電源分系統(tǒng)主任設計師王振緒說，這也彰顯了整個空間站組合體供電的靈活性和可靠性。

為了接受來自核心艙2000瓦的電力“饋贈”，天舟二號貨運飛船需要經歷高壓并網適應過程。貨運飛船在與核心艙并網供電的時候，多余的電怎么處理？王振緒介紹，在天舟二號飛船艙內，安裝有分流調節(jié)器，可以將太陽電池翼多余的電分流。

天舟二號貨運飛船安裝了鋰離子蓄電池。從飛船發(fā)射前1小時起，隨著發(fā)射、飛行、入軌，一直到太陽帆板展開前，都是由鋰離子蓄電池為飛船提供電源。此外，在交會對接時，為減少對接沖擊力對太陽帆板的影響，太陽帆板會處于水平歸零狀態(tài)。這個時候，飛船大部分的電力仍需要鋰離子蓄電池來提供。

為了確保鋰電池系統(tǒng)“不掉鏈子”，科研人員為貨運飛船配置了7種充電控制方式。貨運飛船電源分系統(tǒng)副主任設計師朱超介紹，研制人員設置的7種充電控制方式，分別對應正常模式、故障模式和柔性模式?！盀檫m應快速對接狀態(tài)，天舟二號采用了與天舟一號不同的充電控制方式，將鋰離子蓄電池組的容量提高約10安時，有效保證電池電量供貨運飛船使用?！?/p>

所有的一切，確保天舟飛船這位空間站“快遞小哥”隨時保持能量滿滿的狀態(tài)。

上網條件大幅改善

航天員太空生活不枯燥

伴隨著此次對接，天舟二號全面升級的以太網通信系統(tǒng)將在未來空間站運行中派上用場，高速通信可以讓航天員盡情上網沖浪、聽音樂、看視頻。

天舟二號飛船對以太網通信進行了全面功能升級，增加了空間站天地互聯網數據代傳功能及天地互聯網組播分發(fā)功能，可以在不增加通道帶寬的情況下，讓地面、空間站同時收發(fā)視頻、音頻數據。

為了提高網絡通信的可靠性，中國航天科技集團八院電子所研制團隊還特意增加了網絡安全策略設置功能，確保非法數據無法通過。

上網條件大幅改善，航天員在“太空家園”的生活將不再枯燥，可以視頻通話，也可以即時接入移動終端，還可以上網沖浪、聽音樂、看視頻等。

（摘自《北京日報》）