交會對接：浪漫詩情在碧霄

趙君鵬

2022年7月25日，在茫茫太空，問天實驗艙成功對接天和核心艙前向端口，這并不是中國航天器第一次上演“太空之吻”。早在2011年11月3日，神舟八號飛船就與天宮一號空間實驗室成功交會對接。迄今為止，神舟系列飛船已經多次圓滿完成交會對接任務，有力推進了中國空間站的建設。

人類最早的空間站結構單一，只能連接載人飛船，用于運送氧氣、食品等物資，它空間小，壽命短，設備維修難。后來，人們在空間站上添加了一個對接口，這讓它增加了空間，也延長了使用壽命。

現代空間站是多個模塊的組合，這使空間站的功能更齊全，壽命更長，也方便設備的拆卸和修理。經過多年的探索，擁有包括測控、全球導航定位、地面支持、火箭運載、發射場、回收場等完備體系的中國航天也發展到空間站模塊組合階段。中國天宮實驗站由天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙組成，首先發射天和核心艙，然后對接問天實驗艙和夢天實驗艙，最終組成T字形結構，這離不開交會對接技術。

交會對接是讓兩個航天器在空間軌道上會合，并且在結構上連成一個整體的技術。掌握這項技術，才能實現航天站、航天飛機、太空平臺和空間運輸系統的空間裝配、回收、補給、維修、航天員交換與營救。

顧名思義，交會對接分交會和對接兩步。交會就是追蹤航天器靠近目標航天器的過程，它的關鍵在于精準控制追蹤航天器的軌道，實時獲知追蹤航天器和目標航天器的相對位置與速度。這要求追蹤航天器在預定時間準時升空，否則地球自轉會帶著它偏離預期目標，無法進入預定軌道。適合火箭發射的時間范圍被稱為“窗口期”，執行運送追蹤航天器任務的火箭，發射時間差只能在正負一秒之內，不允許有任何延誤。

以2022年7月發射問天實驗艙為例，直接將問天實驗艙發射到天和核心艙附近，既費時又費力，所以先將問天實驗艙發射到比天和核心艙低一些的軌道運行，然后利用制導技術多次調整其軌道傾角和其他參數，讓它逐漸轉移到天和核心艙所在的軌道。問天核心艙逐漸抬高軌道，它與天和核心艙的距離和相對速度也隨之逐漸減小，最終兩者的軌道高度相同，相對速度為零，相對位置也以厘米計算。此時。交會結束，對接開始。

對接就是兩個航天器在艙體結構上合二為一。高速飛行的大型航天器即使以較小速度接觸，沖擊能量也非常大。在實際操作中，怎樣消除這些沖擊能量呢？

在地面精準控制下，問天實驗艙緩緩接近天和核心艙，它的主動對接機構伸出對接環，迅速抓住天和核心艙上的被動對接機構。此時，問天實驗艙和天和核心艙會有一定的姿態偏差和晃動，對接機構內部的各類彈簧元件、可控阻尼器會緩沖、消耗能量，矯正姿態偏差。穩定之后，對接環收回，對接鎖鎖緊，電路、液路等對接通道連通，問天實驗艙與天和核心艙的剛性連接完成。

航天器達到第一宇宙速度后實現軌道飛行，此后速度只與軌道的高度相關。北斗全球導航的應用，使得精確實時的軌道測定成為可能，這省去了與地面的頻繁聯系，大大縮短了制導的時間。追求技術進步永無止境，自主交會對接技術是當前科學家正在研究的課題。猶如投出籃球后，讓籃球根據籃球場的氣流、溫度、濕度自動調整方向，實現快速精準投籃，航天器利用數據自主決定飛行方向，依靠自身的測控系統完成交會對接任務，期間沒有地面測控站的參與，這將大大提高交會對接的效率。

“晴空一鶴排云上，便引詩情到碧霄?！眴柼鞂嶒炁撆c天和核心艙的交會對接過程宛如一氣呵成的浪漫詩篇，快、準、穩的背后，是中國航天人的不懈努力和中國航天科技的不斷進步。