太空再現(xiàn)“萬里穿針”

薛英民

天舟二號貨運飛船模擬圖

5月30日5時1分，在成功發(fā)射約8小時后，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟二號貨運飛船與天和核心艙完成了全自主快速交會對接，“萬里穿針”技術(shù)再現(xiàn)太空。

空間交會對接是載人航天活動的三大基本技術(shù)之一，是實現(xiàn)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(wù)的先決條件，復(fù)雜度高、精準(zhǔn)度高、自主性要求高、安全性要求高。為掌握該項技術(shù)，航天科技集團(tuán)五院502所研制人員奮斗了近30年。

天舟二號與核心艙的此次交會對接是我國在軌進(jìn)行的第二次快速交會對接，與2017年天舟一號與天宮二號的交會對接相比，此次又實現(xiàn)了新的技術(shù)升級。相較于天舟一號，天舟二號增加了“全相位全自主交會對接方案”，“全相位”就是無論目標(biāo)飛行器在入軌時和空間站的相對位置有1/4圈、半圈，哪怕整圈，“天舟”都可以以最快速度或者在規(guī)定時間點實現(xiàn)對接，而不用專門根據(jù)空間站的位置來選擇飛船發(fā)射時間，真正實現(xiàn)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(yù)，船上控制器自主規(guī)劃完成。天舟一號在遠(yuǎn)距離段需要人工輔助把飛船引導(dǎo)到距離天宮二號一定的位置，然后由飛船自主完成近距離交會對接。天舟二號增加了遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引，飛船可以利用北斗導(dǎo)航的位置信息來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的全自主的導(dǎo)航計算及其制導(dǎo)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，所以神舟載人飛船從研制之初就按照不同的邏輯分別為兩套系統(tǒng)設(shè)計了相對獨立的系統(tǒng)。

天舟二號是貨運飛船，但是它也裝備了手控系統(tǒng)，在貨運飛船與空間站交會對接的最后平移靠攏段，手控是重要的控制手段之一，具備支持空間站內(nèi)航天員進(jìn)行手控遙操作實現(xiàn)前向或后向的交會對接或撤退撤離的能力。一旦自動交會對接模式故障時，控制系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)為手控遙操作模式，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，實現(xiàn)貨運飛船規(guī)避空間站或安全、準(zhǔn)確地與空間站對接。

為保證系統(tǒng)整體可靠性，“天舟”的自控與手控系統(tǒng)間通過設(shè)計不同的信息接口實現(xiàn)了相互故障隔離，但必要時又可以實現(xiàn)可靠的模式切換，即在自控模式下，通過地面注入指令或航天員手控指令可以迅速轉(zhuǎn)入手控遙操作模式，手控遙操作過程中，也可以通過地面注入指令或航天員手控指令轉(zhuǎn)入自控模式。

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(shù)也迎來了新的歷史階段。行而不輟，未來可期，中國的交會對接技術(shù)必將在把我國建成航天強國的征程中發(fā)揮更大作用。