[科普中國]-跳好“三支舞” 天舟天宮情定太空

　　郭兆煒 本報記者 付毅飛 操秀英

　　4月20日19時41分，中國首艘貨運飛船天舟一號在文昌航天發(fā)射場發(fā)射，之后這位“太空快遞員”將與天宮二號空間實驗室進行自動交會對接。

　　航天器的交會對接常被喻為“太空之舞”，該技術是建設載人空間站的關鍵。我國是繼美國、俄羅斯之后，第三個獨立掌握近地軌道交會對接技術的國家。

　　從2011年開始，神舟八號、九號、十號飛船先后與天宮一號交會對接，系統(tǒng)驗證了自動、手動交會對接等關鍵技術。

　　2016年，神舟十一號與天宮二號交會對接，更標志著我國走向該技術的成熟應用階段。

　　剛剛拉開序幕的天舟一號任務，是我國空間站正式建設前的最后一次實戰(zhàn)。其間，天舟一號將與天宮二號3次“共舞”，向交會對接技術的更高“段位”發(fā)起挑戰(zhàn)。

　　第一舞：陽光下的“牽手”

　　中國航天科技集團公司五院（以下簡稱五院）天舟一號副總設計師張強介紹，由于天舟一號的發(fā)動機配置數(shù)量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次任務的交會對接，實際上是對現(xiàn)有技術新的驗證。

　　比起神舟飛船兄弟們，天舟一號的“舞技”大有提高。

　　過去神舟飛船和天宮目標飛行器在對接前，要先一點點“挪動腳步”，慢慢把位置對齊。而天舟一號已具備360度相位差的交會對接能力，和天宮二號在飛行軌道的任意相位差條件下，均可實現(xiàn)完美“牽手”。天舟一號上還新增了星敏感器，能確保交會對接過程中姿態(tài)更加精準。

　　另外，與以往交會對接要避開陽光不同，此次任務中，新研制的光學成像敏感器將首次在陽照區(qū)開展工作。就像人們迎著陽光看天空一樣，這要求敏感器等設備在刺眼的光照環(huán)境下找到目標，條件極為苛刻。這次試驗將有力檢驗我國“全天時”交會對接能力。

　　第二舞：眼花繚亂的“芭蕾”

　　第一支舞跳完后不久，天舟一號和天宮二號將分開手，拉開距離，擺好架勢，上演新的舞蹈。

　　這一次，天宮要轉體180度，天舟從它下方繞飛，同時也轉體180度，加速趕到天宮前方，從“前向”與它對接在一起。這一串令人眼花繚亂的動作，如同一段“太空芭蕾”。

　　五院天舟一號GNC（制導導航與控制）系統(tǒng)主任設計師劉宗玉介紹，繞飛是一種高難度太空動作，需要飛行器進行多次變軌和姿態(tài)機動來完成。繞飛主要在空間站多個艙段組裝，或是飛船需要騰空對接口時應用。天舟一號繞飛并前向對接，正是為了確保未來航天器能從多個方向與空間站對接而進行的演練。他說，未來我國空間站建設中不僅規(guī)劃了前后向水平對接，還有徑向垂直對接。

　　此前神舟十號載人飛船也開展過繞飛試驗，與之不同的是，天舟一號此次是全自動繞飛。當繞飛指令發(fā)出后，天舟的GNC系統(tǒng)會自主規(guī)劃出最優(yōu)繞飛軌跡，自動進行變軌控制及姿態(tài)機動，無需操作人員干預。

　　第三舞：用“桑巴”取代“慢三”

　　神舟飛船完成交會對接，全過程需要大約2天時間。如果將其比作節(jié)奏舒緩的“慢三”，天舟一號與天宮二號的第三支舞，則像一段明快奔放的“桑巴”。

　　在天舟一號任務末期，五院科研人員為它和天宮安排了一次快速交會對接試驗，將驗證僅用6小時完成對接全過程的系列支撐技術。

　　該技術一旦驗證成功，將大大縮短航天員在飛船狹小空間里滯留的時間，減少不必要的體力與精力付出；還有利于將生物制劑等不宜長期運輸?shù)奈锲繁M快送達空間站。此外，如果航天器遇到突發(fā)緊急情況，快速交會對接有助于迅速實施搶修與緊急救援，能進一步地保證航天員的生命安全。

　　為了練就這項絕技，科研人員突破了航天器自主導航測定軌、自主快速制導等技術，將復雜的測定軌算法和遠距離導引技術工程化，把原來遠距離導引段需要地面干預的工作，交由航天器的計算機自主進行。

　　交會對接技術的應用不僅局限于載人空間站建設，在深空探測任務中也將發(fā)揮巨大作用。五院航天器設計專家邵立民表示，該技術將支撐實施在即的嫦娥五號月球采樣返回任務，未來還將廣泛應用于各類深空探測工程中的飛行器組合。（來源：科技日報）