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太空再现万里穿针 核心技术30年磨一剑

日期:2021年05月30日 09:45 来源:中国青年报 作者:佚名


太空再次上演“浪漫之吻”。

5月30日5时01分,飞向太空不久的天舟二号货运飞船,来不及停歇,便与天和核心舱完成了全自主快速交会对接,“万里穿针”技术再现太空。

所谓交会对接,是指两个航天器在空间轨道上,会合并在结构上连成一个整体,这是载人航天活动的三大基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件,复杂度高、精准度高、自主性要求高、安全性要求高,其难度被形象地称为“万里穿针”。

中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉告诉记者,我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家。自2011年11月3日对接机构首次亮相以来,我国共实施了10次空间交会对接,圆满实现了首次无人/载人交会对接,并验证了在轨补加技术,为空间站建设打下了坚实的基础。为掌握这项技术,五院502所研制人员前赴后继奋斗了近30年。

党蓉说,天舟二号与核心舱的此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接,与2017年天舟一号与天宫二号的交会对接相比,此次又实现了新的技术升级。

相较于天舟一号,天舟二号增加了“全相位全自主交会对接方案”。

所谓“全相位”,就是无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置有1/4圈、半圈,哪怕整圈,“天舟”都可以以最快速度或者在规定时间点实现对接,而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间,真正实现了全天候发射;“全自主”,则是从飞船入轨到交会对接成功,全程不需要人工干预,船上控制器自主规划完成。

党蓉说,天舟一号在远距离段是需要人工辅助把飞船引导到距离天宫二号一定的位置,然后由飞船自主完成近距离交会对接。天舟二号增加了远距离自主导引,飞船可以利用北斗导航的位置信息来实现远距离的全自主的导航计算及其制导与控制。

换句话说,以后天舟飞船对空间站的造访,过程中人只负责监视,整个交会和对接过程完全自主完成。

手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的“左右手”,互为备份,是系统可靠性的重要保障。神舟载人飞船从研制之初就按照不同的逻辑分别为两套系统设计了相对独立的系统。

党蓉说,天舟二号是货运飞船,但是它也装备了手控系统,在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段,手控是重要的控制手段之一,具备支持空间站内航天员进行手控遥操作实现前向或后向的交会对接或撤退撤离的能力。

“一旦自动交会对接模式故障时,控制系统可以转为手控遥操作模式,空间站上的航天员可以通过‘遥操作’,以遥控的方式‘驾驶’飞船,实现货运飞船规避空间站或安全、准确地与空间站对接。”党蓉说。

据她介绍,为保证系统整体可靠性,天舟的自控与手控系统间通过设计不同的信息接口实现了相互故障隔离,但必要时又可以实现可靠的模式切换。即在自控模式下,通过地面注入指令或航天员手控指令可以迅速转入手控遥操作模式,手控遥操作过程中,也可以通过地面注入指令或航天员手控指令转入自控模式。

中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船总设计师白明生表示,为了早日建成中国人自己的空间站,在中国的载人航天工程立项前,五院502所的科研人员就瞄准空间站建设必须的交会对接技术开始了攻关。

2011年11月,神舟八号成功完成了与天宫一号的两次自动交会对接。

2012年6月,神舟九号在航天员刘旺的操控下与天宫一号成功实现手控交会对接,标志着我国突破了相对导航、制导、控制和交会对接相对测量敏感器等一系列关键技术,成为世界上第三个独立掌握交会对接的国家。

2016年,作为交会对接的一项必要的相关技术,在神舟十号任务中验证了绕飞技术。2017年,天舟一号和天宫二号快速交会对接在轨试验圆满成功,使我国成为世界上第三个掌握近地快速交会对接的国家。之后,研发团队用几年的时间在自主性、可靠性等多方面对交会对接技术进行了完善,至天舟二号与核心舱对接,502所三代研发人员已经前赴后继奋斗了近30年。

白明生表示,随着天舟二号和空间站核心舱的首次“太空之吻”,中国的空间交会对接技术也迎来了新的历史阶段。行而不辍,未来可期,在支撑空间站建设之余,相信中国的交会对接技术也必将在把我国建成航天强国的征程中发挥更大作用。

(中青报·中青网记者 邱晨辉)


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