揭秘 | 岂止时间问题 ——天舟一号快速交会对接技术大公开！

　　天舟一号
　　9月12日，天舟一号货运飞船顺利完成了与天宫二号空间实验室的自主快速交会对接试验，为我国空间站工程后续研制建设奠定更加坚实的技术基础。

图1：天舟一号

　　区别于我国以往空间交会对接，快速交会对接，顾名思义，核心和难点在“快速”，从发射到具备交会对接条件的时间短，从以天计缩短到了仅仅几个小时，此前从发射到交会对接，飞船需绕地球30多圈，而采用快速交会对接后仅需几圈。
　　从20世纪60年代至今，人类已经进行了上百次交会对接活动。我国于2011年～2016年分别实现了神舟八号、九号、十号与天宫一号，神舟十一号与天宫二号的交会对接任务，中国成为了继美国、俄罗斯之后第三个独立掌握近地轨道交会对接技术的国家。
　　目前，2天～3天交会对接策略是地面向国际空间站运送航天员的主要方式，包括联盟飞船、航天飞机与国际空间站及神舟飞船均采用了此方式。但从2012年起，俄罗斯科学家分别采用进步号货运飞船和联盟号载人飞船与国际空间站成功实施了7次快速交会对接试验，飞船从入轨到对接成功仅用时6个小时，快速交会对接也逐渐成为国际航天领域的“时尚”方式。
　　以往神舟飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大约2天时间，过程中还需要大量的人工参与。本次验证的快速交会对接，从入轨到对接成功仅需要几个小时，且以飞船的自主制导和控制为主。这基本上相当于乘坐高铁从北京到上海的时间，也就是说如果以后我们和航天员同时出发，我们坐高铁从北京到上海，我们还正在下火车的时候，航天员就已经在遥远的空间站里跟我们打招呼了。
　　那么这种“快速”有什么意义呢？
　　从人的方面说，可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，减少航天员不必要的体力与精力付出，使载人太空飞行变得更加舒适、惬意。
　　从任务角度来说，快速交会对接还可保障科研用品，特别是生物制剂等无法经历长期运输的货品尽快送达空间站，这对某些试验可能是至关重要，甚至是决定性的。
　　从安全的角度来说，如果空间站等航天器突遇紧急情况，快速交会对接可以快速地对故障实施抢修与紧急救援等工作。“‘快速、可靠、舒服’也是我们载人交会对接任务的目标所在。”货运飞船副总设计师张强说。
　　除了快速，北京控制工程研究所研制的制导导航与控制系统，还因系统的升级让整个飞行过程变得轻盈而睿智。
　　此前，神舟飞船在入轨后的远距离导引段，需通过地面支持才能完成测轨、定轨、制导律设计、控制实施等工作，也就是说对接前每“走”一步，都需要地面给出精确具体的指令，这种方式耗费时间较多，对地面的测控手段、测控弧度的覆盖、地面飞控保障也提出了较高的要求。

图2：自主快速交会对接示意图

　　而此次快速交会对接，研制团队突破了航天器自主导航测轨、定轨、自主快速制导等技术，将复杂的测定轨算法和远距离导引技术工程化，把原来远距离导引段需要地面干预的工作交由航天器的星上计算机自主进行。在飞船入轨后，所有的测定轨、制导律计算、控制实施策略等均由飞船自主计算，无需地面干预，几个小时就可以完成交会对接任务。就像无人驾驶汽车，“我在哪儿？目标在哪儿？我怎么过去？”这些问题全部自行解决，包括规划合理的路线，过程中的转向和加减速等。这样不仅节省了时间，还大大减小了地面人员的压力。
　　“在我国正在进行的载人三期空间站工程组建和维护过程中，高效、强适应性的快速交会对接技术，对今后搭建中国自己的空间站、完成密集的交会对接任务打下了坚实的基础。”张强说。（王一琳）

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