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“万里穿针”技术再现太空

2021-05-3110:52:48来源:光明网-《光明日报》

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光明日报记者 张蕾 光明日报通讯员 薛英民

2021年5月30日5时01分,天舟二号货运飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接,全程历时约8小时,“万里穿针”技术再现太空。

空间交会对接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。

那么,在太空中如何实现“万里穿针”呢?让我们一起听听航天技术专家怎么说。

全相位+全自主

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。

据航天科技集团五院502所科技委主任解永春介绍,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”。其中,“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、半圈或整圈,“天舟”都可以以最快速度或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”就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。

“天舟一号在远距离段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。天舟二号则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全自主的导航计算及其制导与控制。也就是说,以后天舟飞船造访空间站,人只负责监视,整个交会和对接过程完全自主完成。”解永春解释。

自控、手控两相宜

在航天专家看来,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。因此,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。

天舟二号虽是货运飞船,但也装备了手控系统。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用遥控的方式‘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。”解永春说。

据悉,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;同样,在手控遥操作过程中,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。

三十年磨一剑

为了早日建成中国人自己的空间站,在载人航天工程立项前,航天科技集团五院502所的科研人员就瞄准空间站建设必需的交会对接技术开始了攻关。至2011年11月,神舟八号已经成功完成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相关技术,我国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。“此后,研发团队在自主性、可靠性等多方面对交会对接技术进行了完善,至此次货运飞船与空间站核心舱实现自主快速交会对接,502所三代研发人员已经前赴后继奋斗了近30年。”解永春表示。

随着天舟二号与天和的首次太空牵手成功,中国的空间交会对接技术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,中国的交会对接技术必将在航天强国建设征程中发挥更大作用。

(光明日报北京5月30日电)

《光明日报》( 2021年05月31日 10版)

责任编辑:张元(EN003)