天舟一號(hào)向天宮二號(hào)從靠攏到交會(huì)對(duì)接的畫(huà)面
素材來(lái)源：新華社
制圖：李姿閱、大巢
4月22日12時(shí)23分，距地面393公里的太空軌道，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室順利完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，為不久后的推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加即“太空加油”打下良好基礎(chǔ)。
這是天宮二號(hào)自2016年9月15日發(fā)射入軌以來(lái)，首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接，也是我國(guó)第一艘貨運(yùn)飛船的首次“送貨”并“停泊”到“太空之家”。
耀眼陽(yáng)光下交會(huì)對(duì)接，考驗(yàn)“全天時(shí)”作戰(zhàn)能力
天舟一號(hào)進(jìn)入太空軌道后，一天要經(jīng)歷十五六個(gè)白天黑夜。進(jìn)入陽(yáng)照區(qū)時(shí)，溫度最高可以攀升至150多攝氏度，進(jìn)入陰影區(qū)時(shí)，溫度則迅速下降至零下130多攝氏度。
但溫度因素并不是影響交會(huì)對(duì)接的最大考驗(yàn)。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院天舟一號(hào)總設(shè)計(jì)師白明生介紹，天舟與天宮的首次交會(huì)對(duì)接要在耀眼陽(yáng)光下進(jìn)行。這要求敏感器等設(shè)備在非常明亮刺眼的環(huán)境下找到標(biāo)識(shí)目標(biāo)，好比人們對(duì)著陽(yáng)光看天上的物體，帶來(lái)的考驗(yàn)比之前更難，將有力檢驗(yàn)我國(guó)交會(huì)對(duì)接“全天時(shí)”作戰(zhàn)能力。
從4月21日凌晨到22日，北京航天飛行控制中心的科技人員先后對(duì)天舟一號(hào)實(shí)施了5次遠(yuǎn)距離導(dǎo)引控制，精準(zhǔn)到位，為順利交會(huì)對(duì)接開(kāi)了好頭。
“天舟轉(zhuǎn)自主控制！”在科技人員精確控制下，天舟一號(hào)在22日10時(shí)02分轉(zhuǎn)入自主控制狀態(tài)，來(lái)到天宮二號(hào)后下方52公里處，以自主導(dǎo)引控制方式向天宮二號(hào)逐步靠近。
約1個(gè)小時(shí)后，經(jīng)過(guò)尋的段4次變軌，貨運(yùn)飛船成功進(jìn)入5公里停泊點(diǎn)。在這里飛船要稍加停頓，判斷綜合狀態(tài)，以便決定是否適合繼續(xù)實(shí)施交會(huì)對(duì)接。
幾分鐘后，天舟再次向天宮緩緩進(jìn)發(fā)。從5公里停泊點(diǎn)到400米停泊點(diǎn)，這幾公里的距離，飛船走了40多分鐘，其間需要執(zhí)行一系列飛控科技人員提前注入的指令，包括帆板搜索捕獲太陽(yáng)、對(duì)接機(jī)構(gòu)推出等。
400米，120米，30米……“天舟轉(zhuǎn)最后靠攏！”“對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲！”貨運(yùn)飛船和天宮二號(hào)的對(duì)接機(jī)構(gòu)像兩雙有力的手握在了一起。隨后，對(duì)接機(jī)構(gòu)順利拉回鎖緊，成功對(duì)接，兩個(gè)飛行器建立剛性連接，形成組合體。
22日12時(shí)23分，“太空快遞”準(zhǔn)時(shí)送到了天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室。
茫茫太空“穿針引線”，航天器“眼睛”再受考驗(yàn)
據(jù)航天專家介紹，天舟一號(hào)的交會(huì)對(duì)接能力，比神舟飛船有了質(zhì)的飛躍，具備了360度相位差的交會(huì)對(duì)接能力，本次天舟一號(hào)和天宮二號(hào)在飛行軌道的任意相位差條件下均可實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。天舟一號(hào)又新增加了星敏感器，將確保貨船交會(huì)對(duì)接過(guò)程中的姿態(tài)更加精準(zhǔn)。
不過(guò)，這次畢竟是貨運(yùn)飛船首次“服役”，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院技術(shù)專家劉宗玉說(shuō)，由于貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)的配置數(shù)量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次交會(huì)對(duì)接，實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的又一次驗(yàn)證。
在整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程中，天舟一號(hào)需要掌握天宮二號(hào)的距離、速度等數(shù)據(jù)，然后調(diào)整姿態(tài)，慢慢靠近直至成功對(duì)接。在此前多次交會(huì)對(duì)接任務(wù)中應(yīng)用的微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和光學(xué)成像敏感器等交會(huì)對(duì)接測(cè)量敏感器，作為此次貨運(yùn)飛船在茫茫太空中“穿針引線”的“眼睛”，再次接受了考驗(yàn)。
微波雷達(dá)擔(dān)負(fù)著中遠(yuǎn)程距離精確探測(cè)的任務(wù)，開(kāi)啟后準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)該對(duì)接段高精度測(cè)量和穩(wěn)定跟蹤，完成使命，將接力棒交給了下一階段的導(dǎo)航“選手”。中國(guó)航天科工二院二十五所微波雷達(dá)總師孫武介紹，此次交會(huì)對(duì)接中，天舟一號(hào)上的微波雷達(dá)相比第一代功勛雷達(dá)進(jìn)行了一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，體積、重量減少一半，功耗減小1/3。隨天宮二號(hào)在軌飛行的微波應(yīng)答機(jī)也是第二代新研產(chǎn)品，體積、重量減小至原來(lái)的一半，功耗降低至原來(lái)的60%，比第一代產(chǎn)品更好用、更可靠。
在交會(huì)對(duì)接接近段和靠攏段中，激光雷達(dá)必須迅速準(zhǔn)確地完成對(duì)天宮二號(hào)目標(biāo)飛行器的搜索、捕獲、跟蹤測(cè)量?！霸趯?duì)接過(guò)程中，兩個(gè)飛行器飛行速度為每秒7.9公里，要在如此速度下完成繞飛對(duì)接和快速交會(huì)對(duì)接，這就要求激光雷達(dá)始終保持較為寬廣的視角和更高精度的測(cè)量跟蹤?！敝袊?guó)電科激光雷達(dá)總師屈恒闊說(shuō)。
從天舟一號(hào)和天宮二號(hào)距離150米開(kāi)始，直到最終精準(zhǔn)對(duì)接，光學(xué)成像敏感器像“眼睛”一樣，讓兩個(gè)高速運(yùn)行的飛行器更加迅速、可靠地對(duì)接在一起。“導(dǎo)航定位激光信息源是光學(xué)成像敏感器的關(guān)鍵組件，在漆黑的太空，它能發(fā)出激光，在黑暗中找到目標(biāo)，傳遞信息；在面對(duì)太陽(yáng)強(qiáng)光直射時(shí)，也能發(fā)射出比陽(yáng)光更加明亮的雙波長(zhǎng)激光，確?！劬Α槐粋Γ业侥繕?biāo)。”中國(guó)電子科技集團(tuán)公司高級(jí)工程師劉志強(qiáng)說(shuō)。
對(duì)接機(jī)構(gòu)2.0版精度提高一倍，實(shí)現(xiàn)“重量級(jí)”航天器偏心對(duì)接
“如果把神舟八號(hào)載人飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)稱為第一代對(duì)接機(jī)構(gòu)，那么天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)可稱為第二代產(chǎn)品，這次是第二代的首飛?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)八院載人飛船系統(tǒng)、空間實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張崇峰說(shuō)。
天舟一號(hào)和天宮二號(hào)順利對(duì)接，和之后的推進(jìn)劑補(bǔ)加順暢進(jìn)行，離不開(kāi)載人航天的關(guān)鍵技術(shù)——對(duì)接機(jī)構(gòu)。此次交會(huì)對(duì)接，對(duì)接機(jī)構(gòu)不僅僅實(shí)現(xiàn)對(duì)接作用，還要首次實(shí)現(xiàn)在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加，因此科研人員推出了對(duì)接機(jī)構(gòu)2.0版。
中國(guó)航天科技集團(tuán)公司八院對(duì)接機(jī)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師邱華勇說(shuō)，對(duì)接機(jī)構(gòu)并不直接參與空間推進(jìn)劑補(bǔ)加任務(wù)，但它為補(bǔ)加任務(wù)提供了平臺(tái)和初始條件。在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加，主要通過(guò)安裝在對(duì)接機(jī)構(gòu)上的4路推進(jìn)劑補(bǔ)加液路浮動(dòng)斷接器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就相當(dāng)于加油的管路和油槍都安裝在了第二代對(duì)接機(jī)構(gòu)產(chǎn)品上。油槍能否準(zhǔn)確無(wú)誤地插入加油口，那就得看對(duì)接的初始精度了。天舟一號(hào)要順利地把推進(jìn)劑供給天宮二號(hào)，兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)必須對(duì)接得嚴(yán)絲合縫，這對(duì)空間交會(huì)對(duì)接的精度提出非常高的要求。此次液體推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的空間交會(huì)對(duì)接，要求精度提高一倍。
十幾噸的天舟一號(hào)和8噸多的天宮二號(hào)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了“重量級(jí)”大噸位航天器的偏心對(duì)接，這不同于以往兩個(gè)都是8噸級(jí)航天器的神舟飛船和天宮飛行器對(duì)接，難度更大。未來(lái)的空間站建造階段，從8噸到180噸的各種航天器，都要實(shí)現(xiàn)各種方式對(duì)接。更大型航天器的交會(huì)對(duì)接將會(huì)產(chǎn)生巨大的對(duì)接能量，對(duì)于對(duì)接機(jī)構(gòu)的緩沖耗能能力提出了很高的要求，這也是空間站建設(shè)必須突破的一項(xiàng)技術(shù)。這次的對(duì)接機(jī)構(gòu)2.0版在實(shí)戰(zhàn)中經(jīng)受了檢驗(yàn)。
（責(zé)任編輯 石逸龍）
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