首次實現(xiàn)徑向交會對接 “太空之吻”背后的深情

　　交會對接的“太空之吻”再一次成功！

　　10月16日，神舟十三號載人飛船，采用自主快速交會對接模式，成功對接于天和核心艙徑向端口。與此前已對接的天舟二號、天舟三號貨運飛船一起，構(gòu)成了四艙（船）組合體。隨后，3名航天員從神舟十三號載人飛船順利進入天和核心艙。

　　在我國空間站任務(wù)中，所有對接機構(gòu)都是由中國航天科技集團八院研制。從2011年首次亮相的“太空初吻”至今，對接機構(gòu)共成功實施了15次精準可靠對接，經(jīng)歷了從無人到有人、從自動到手控、從幾天到6.5小時、從軸向?qū)拥綇较驅(qū)拥膭?chuàng)新突破。

　　一次次精彩的“太空之吻”背后，凝聚了航天科技人員對祖國航天事業(yè)的熱愛、對建設(shè)太空強國的深情。

　　天和核心艙上的“對接五兄弟”

　　據(jù)中國航天科技集團八院載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計師張崇峰介紹，對接機構(gòu)分為主動對接機構(gòu)和被動對接機構(gòu)。神舟載人飛船、天舟貨運飛船以及后續(xù)將發(fā)射的兩個實驗艙，均配置了對接機構(gòu)主動端，天和核心艙共配置了5個被動對接口，設(shè)計師們形象地稱它們?yōu)椤皩游逍值堋薄?/p>

　　“對接五兄弟”分工明確、各司其職?！按蟾纭痹诤诵呐摰暮蠖?，是核心艙專門的“太空快遞通道”，被稱為“后向?qū)涌凇?，主要用于對接“太空快遞小哥”天舟貨運飛船，保證整個空間站的貨物輸送及在軌能量補充，同時也是載人飛船的備份對接通道。

　　“二哥”在節(jié)點艙的最前端，被稱為“前向?qū)涌凇保哟齺碓L的“客人”最多，除了神舟載人飛船、天舟貨運飛船外，將來還會迎接問天實驗艙、夢天實驗艙，堪稱“空間站守門人”。“大哥”和“二哥”都有特殊的補加接口，都可以為空間站補充推進劑。

　　“三哥”是“徑向?qū)涌凇?，神舟十三號載人飛船就是對接在此處，是專門的“航天員通道”。

　　“四哥”和“五弟”在節(jié)點艙的兩側(cè)呈對稱分布，被稱為“側(cè)向停泊口”，問天實驗艙、夢天實驗艙將來會永久?？吭谶@里。屆時，航天員的居住條件將會由“一居室”變成“三居室”，大大增加航天員的活動空間和范圍。

　　身處太空，“對接五兄弟”長時間暴露在空間輻射環(huán)境，需承受88000次、超過200攝氏度上下的高低溫循環(huán)、低軌空間原子氧的剝蝕，經(jīng)過多頻次的對接與分離后，仍需確保安全可靠，這對它們的身體素質(zhì)要求極其高。

　　多年來，八院805所對接機構(gòu)團隊將自己心中的那份愛毫無保留地奉獻給“對接五兄弟”，用自己的聰明才智為它們賦能，共考慮到79項可能會發(fā)生的各類故障，為此制定了詳細處置預(yù)案，以確?！皩游逍值堋痹谲壠陂g身體健康、圓滿完成工作任務(wù)。

　　首次實現(xiàn)徑向交會對接

　　在太空中交會對接，根據(jù)任務(wù)需要對接方式也很講究。神舟八號以來的5艘飛船，與目標都是軸向?qū)?。此次神舟十三號載人飛船與49噸級的空間站組合體，首次自主快速實現(xiàn)了徑向交會對接。

　　徑向與軸向的夾角呈90度，對接方式的改變，是為了使航天器易于運動控制，保證其主結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布盡量對稱、緊湊，確保航天器的質(zhì)心居中，從而減少因姿態(tài)控制所消耗的能量。

　　與軸向?qū)酉啾?，徑向交會對接難度更大。首先在于持續(xù)控制姿態(tài)和軌道“難”。軸向交會對接，可以有200米的“穩(wěn)定保持點”，即使發(fā)動機不工作，飛船也能較長時間保持穩(wěn)定的姿態(tài)和軌道。而徑向交會沒有穩(wěn)定的中途停泊點，需要持續(xù)對飛船的姿態(tài)和軌道進行控制，推進劑消耗大，故障處置難。

　　其次，姿態(tài)和相對位置確定“難”。神舟載人飛船配有敏感器，如同飛船的眼睛，可以通過觀察星星和預(yù)設(shè)的標志點，來確定自己的飛行姿態(tài)、與空間站的相對姿態(tài)相對位置等。但由于在徑向交會過程中，飛船需由平飛轉(zhuǎn)豎飛，大范圍的姿態(tài)機動，對“眼睛”提出了更高要求。

　　第三，是航天員手控交會模式“難”。徑向交會對接過程中，基本失去了地球這個最熟悉的參照基準，測控條件變差，且相對動力學(xué)運動特性與軸向交會不同，這給手控交會模式下航天員的操作增加了難度。因此，此次徑向交會對接整個過程，是在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)指揮下，飛船智能自主完成的。

　　為確保平穩(wěn)順利實現(xiàn)徑向交會對接，八院805所對接機構(gòu)分系統(tǒng)通過全面分析對接工況，在增加可控阻尼器的基礎(chǔ)上，還配合總體完成任務(wù)規(guī)劃，開展了31個工況的捕獲緩沖試驗，僅單項極偏差工況就達到24次，可有效消除對接機構(gòu)與多構(gòu)型、變噸位、大偏心對接目標的捕獲、緩沖、連接適應(yīng)性風(fēng)險。

　　首次成功實現(xiàn)徑向交會對接，使徑向和軸向交會都成為中國空間站載人飛船正常的交會方式，未來，將會在空間站載人交會對接任務(wù)中交替使用。

　　確保每一次“太空之吻”完美亮相

　　太空交會對接，是世界航天領(lǐng)域內(nèi)公認的最復(fù)雜、最難攻關(guān)的技術(shù)。八院805所自1995年開始啟動對接機構(gòu)的研制。在沒有任何參考的情況下，數(shù)千次的試驗、數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)積累……一群滿懷夢想與深情的航天人，枕戈待旦、埋頭苦干了16年。

　　2011年，我國自主研制對接機構(gòu)完美實現(xiàn)了“太空初吻”。神舟八號飛船與天宮一號目標飛行器實現(xiàn)軸向?qū)?，我國首次實現(xiàn)無人空間交會對接，成為世界上第三個獨立掌握空間交會對接技術(shù)的國家。

　　我國空間站實施建造以來，八院805所研制的對接機構(gòu)已成功助力4艘飛船實施與天和核心艙的5次精準對接，每一次“太空之吻”的細節(jié)各有不同、亮點紛呈。

　　第一次：2021年5月29日，天舟二號貨運飛船成功發(fā)射，6.5小時后成功對接于后向?qū)涌冢瓿闪宋覈臻g站的首次對接任務(wù)。

　　第二次：2021年6月17日，神舟十二號作為我國空間站的首艘載人飛船，與核心艙前向?qū)涌诔晒樱教靻T穿過對接機構(gòu)進駐到空間站。

　　第三次：2021年9月18日，天舟二號“快遞小哥”通過180度繞飛，順利從后向?qū)涌谵D(zhuǎn)移至前向?qū)涌?，并再一次實現(xiàn)精準對接，進一步驗證了對接機構(gòu)具備在軌多次可靠對接的能力。

　　第四次：2021年9月20日，天舟三號貨運飛船成功對接于核心艙后向?qū)涌凇?/p>

　　第五次：2021年10月16日，神舟十三號載人飛船成功對接于核心艙徑向?qū)涌?，首次實現(xiàn)徑向交會對接。

　　據(jù)悉，按照后續(xù)空間站建造及運營規(guī)劃，八院對接機構(gòu)團隊每年至少要生產(chǎn)交付5套對接機構(gòu)。目前，八院通過部組件產(chǎn)品化、測試項目通用化以及發(fā)射場流程優(yōu)化等方式，有效提高了生產(chǎn)、總裝、測試、試驗效率，確保每一次“太空之吻”的完美亮相。（張建松）

　　來源：新華每日電訊