張建松

交會(huì)對(duì)接的“太空之吻”再一次成功！

10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船，采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式，成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口。與此前已對(duì)接的天舟二號(hào)、天舟三號(hào)貨運(yùn)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(hào)載人飛船順利進(jìn)入天和核心艙。

在我國(guó)空間站任務(wù)中，所有對(duì)接機(jī)構(gòu)都是由中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研制。從2011年首次亮相的“太空初吻”至今，對(duì)接機(jī)構(gòu)共成功實(shí)施了15次精準(zhǔn)可靠對(duì)接，經(jīng)歷了從無(wú)人到有人、從自動(dòng)到手控、從幾天到6.5小時(shí)、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(duì)祖國(guó)航天事業(yè)的熱愛(ài)、對(duì)建設(shè)太空強(qiáng)國(guó)的深情。

天和核心艙上的“對(duì)接五兄弟”

據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)八院載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張崇峰介紹，對(duì)接機(jī)構(gòu)分為主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)和被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)。神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船以及后續(xù)將發(fā)射的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，均配置了對(duì)接機(jī)構(gòu)主動(dòng)端，天和核心艙共配置了5個(gè)被動(dòng)對(duì)接口，設(shè)計(jì)師們形象地稱它們?yōu)椤皩?duì)接五兄弟”。

“對(duì)接五兄弟”分工明確、各司其職。“大哥”在核心艙的后端，是核心艙專門的“太空快遞通道”，被稱為“后向?qū)涌凇保饕糜趯?duì)接“太空快遞小哥”天舟貨運(yùn)飛船，保證整個(gè)空間站的貨物輸送及在軌能量補(bǔ)充，同時(shí)也是載人飛船的備份對(duì)接通道。

“二哥”在節(jié)點(diǎn)艙的最前端，被稱為“前向?qū)涌凇保哟齺?lái)訪的“客人”最多，除了神舟載人飛船、天舟貨運(yùn)飛船外，將來(lái)還會(huì)迎接問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，堪稱“空間站守門人”。“大哥”和“二哥”都有特殊的補(bǔ)加接口，都可以為空間站補(bǔ)充推進(jìn)劑。

“三哥”是“徑向?qū)涌凇保裰凼?hào)載人飛船就是對(duì)接在此處，是專門的“航天員通道”。

“四哥”和“五弟”在節(jié)點(diǎn)艙的兩側(cè)呈對(duì)稱分布，被稱為“側(cè)向停泊口”，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將來(lái)會(huì)永久停靠在這里。屆時(shí)，航天員的居住條件將會(huì)由“一居室”變成“三居室”，大大增加航天員的活動(dòng)空間和范圍。

身處太空，“對(duì)接五兄弟”長(zhǎng)時(shí)間暴露在空間輻射環(huán)境，需承受88000次、超過(guò)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(guò)多頻次的對(duì)接與分離后，仍需確保安全可靠，這對(duì)它們的身體素質(zhì)要求極其高。

多年來(lái)，八院805所對(duì)接機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)將自己心中的那份愛(ài)毫無(wú)保留地奉獻(xiàn)給“對(duì)接五兄弟”，用自己的聰明才智為它們賦能，共考慮到79項(xiàng)可能會(huì)發(fā)生的各類故障，為此制定了詳細(xì)處置預(yù)案，以確保“對(duì)接五兄弟”在軌期間身體健康、圓滿完成工作任務(wù)。

首次實(shí)現(xiàn)徑向交會(huì)對(duì)接

在太空中交會(huì)對(duì)接，根據(jù)任務(wù)需要對(duì)接方式也很講究。神舟八號(hào)以來(lái)的5艘飛船，與目標(biāo)都是軸向?qū)印４舜紊裰凼?hào)載人飛船與49噸級(jí)的空間站組合體，首次自主快速實(shí)現(xiàn)了徑向交會(huì)對(duì)接。

徑向與軸向的夾角呈90度，對(duì)接方式的改變，是為了使航天器易于運(yùn)動(dòng)控制，保證其主結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布盡量對(duì)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)酉啾龋瑥较蚪粫?huì)對(duì)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(huì)對(duì)接，可以有200米的“穩(wěn)定保持點(diǎn)”，即使發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，飛船也能較長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的姿態(tài)和軌道。而徑向交會(huì)沒(méi)有穩(wěn)定的中途停泊點(diǎn)，需要持續(xù)對(duì)飛船的姿態(tài)和軌道進(jìn)行控制，推進(jìn)劑消耗大，故障處置難。

其次，姿態(tài)和相對(duì)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(guò)觀察星星和預(yù)設(shè)的標(biāo)志點(diǎn)，來(lái)確定自己的飛行姿態(tài)、與空間站的相對(duì)姿態(tài)相對(duì)位置等。但由于在徑向交會(huì)過(guò)程中，飛船需由平飛轉(zhuǎn)豎飛，大范圍的姿態(tài)機(jī)動(dòng)，對(duì)“眼睛”提出了更高要求。

第三，是航天員手控交會(huì)模式“難”。徑向交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，基本失去了地球這個(gè)最熟悉的參照基準(zhǔn)，測(cè)控條件變差，且相對(duì)動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)特性與軸向交會(huì)不同，這給手控交會(huì)模式下航天員的操作增加了難度。因此，此次徑向交會(huì)對(duì)接整個(gè)過(guò)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(shí)現(xiàn)徑向交會(huì)對(duì)接，八院805所對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)通過(guò)全面分析對(duì)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(kāi)展了31個(gè)工況的捕獲緩沖試驗(yàn)，僅單項(xiàng)極偏差工況就達(dá)到24次，可有效消除對(duì)接機(jī)構(gòu)與多構(gòu)型、變噸位、大偏心對(duì)接目標(biāo)的捕獲、緩沖、連接適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)。

首次成功實(shí)現(xiàn)徑向交會(huì)對(duì)接，使徑向和軸向交會(huì)都成為中國(guó)空間站載人飛船正常的交會(huì)方式，未來(lái)，將會(huì)在空間站載人交會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)接，是世界航天領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的最復(fù)雜、最難攻關(guān)的技術(shù)。八院805所自1995年開(kāi)始啟動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的研制。在沒(méi)有任何參考的情況下，數(shù)千次的試驗(yàn)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的數(shù)據(jù)積累……一群滿懷夢(mèng)想與深情的航天人，枕戈待旦、埋頭苦干了16年。

2011年，我國(guó)自主研制對(duì)接機(jī)構(gòu)完美實(shí)現(xiàn)了“太空初吻”。神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器實(shí)現(xiàn)軸向?qū)樱覈?guó)首次實(shí)現(xiàn)無(wú)人空間交會(huì)對(duì)接，成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。

我國(guó)空間站實(shí)施建造以來(lái)，八院805所研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)已成功助力4艘飛船實(shí)施與天和核心艙的5次精準(zhǔn)對(duì)接，每一次“太空之吻”的細(xì)節(jié)各有不同、亮點(diǎn)紛呈。

第一次：2021年5月29日，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船成功發(fā)射，6.5小時(shí)后成功對(duì)接于后向?qū)涌冢瓿闪宋覈?guó)空間站的首次對(duì)接任務(wù)。

第二次：2021年6月17日，神舟十二號(hào)作為我國(guó)空間站的首艘載人飛船，與核心艙前向?qū)涌诔晒?duì)接，三名航天員穿過(guò)對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)駐到空間站。

第三次：2021年9月18日，天舟二號(hào)“快遞小哥”通過(guò)180度繞飛，順利從后向?qū)涌谵D(zhuǎn)移至前向?qū)涌冢⒃僖淮螌?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)接，進(jìn)一步驗(yàn)證了對(duì)接機(jī)構(gòu)具備在軌多次可靠對(duì)接的能力。

第四次：2021年9月20日，天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船成功對(duì)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(hào)載人飛船成功對(duì)接于核心艙徑向?qū)涌冢状螌?shí)現(xiàn)徑向交會(huì)對(duì)接。

據(jù)悉，按照后續(xù)空間站建造及運(yùn)營(yíng)規(guī)劃，八院對(duì)接機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)每年至少要生產(chǎn)交付5套對(duì)接機(jī)構(gòu)。目前，八院通過(guò)部組件產(chǎn)品化、測(cè)試項(xiàng)目通用化以及發(fā)射場(chǎng)流程優(yōu)化等方式，有效提高了生產(chǎn)、總裝、測(cè)試、試驗(yàn)效率，確保每一次“太空之吻”的完美亮相。

關(guān)鍵詞： 首次 實(shí)現(xiàn) 徑向 交會(huì)