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(jīng)多次圓滿完成交會對接任務(wù)，有力推進(jìn)了中國空間站的建設(shè)。

人類最早的空間站結(jié)構(gòu)單一，只能連接載人飛船，用于運(yùn)送氧氣、食品等物資，它空間小，壽命短，設(shè)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(xiàn)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(shè)備的拆卸和修理。經(jīng)過多年的探索，擁有包括測控、全球?qū)Ш蕉ㄎ?、地面支持、火箭運(yùn)載、發(fā)射場、回收場等完備體系的中國航天也發(fā)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(fā)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(jié)構(gòu)，這離不開交會對接技術(shù)。

交會對接是讓兩個航天器在空間軌道上會合，并且在結(jié)構(gòu)上連成一個整體的技術(shù)。掌握這項技術(shù)，才能實現(xiàn)航天站、航天飛機(jī)、太空平臺和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的空間裝配、回收、補(bǔ)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(biāo)航天器的過程，它的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)控制追蹤航天器的軌道，實時獲知追蹤航天器和目標(biāo)航天器的相對位置與速度。這要求追蹤航天器在預(yù)定時間準(zhǔn)時升空，否則地球自轉(zhuǎn)會帶著它偏離預(yù)期目標(biāo)，無法進(jìn)入預(yù)定軌道。適合火箭發(fā)射的時間范圍被稱為“窗口期”，執(zhí)行運(yùn)送追蹤航天器任務(wù)的火箭，發(fā)射時間差只能在正負(fù)一秒之內(nèi)，不允許有任何延誤。

以2022年7月發(fā)射問天實驗艙為例，直接將問天實驗艙發(fā)射到天和核心艙附近，既費(fèi)時又費(fèi)力，所以先將問天實驗艙發(fā)射到比天和核心艙低一些的軌道運(yùn)行，然后利用制導(dǎo)技術(shù)多次調(diào)整其軌道傾角和其他參數(shù)，讓它逐漸轉(zhuǎn)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(jié)束，對接開始。

對接就是兩個航天器在艙體結(jié)構(gòu)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(zhǔn)控制下，問天實驗艙緩緩接近天和核心艙，它的主動對接機(jī)構(gòu)伸出對接環(huán)，迅速抓住天和核心艙上的被動對接機(jī)構(gòu)。此時，問天實驗艙和天和核心艙會有一定的姿態(tài)偏差和晃動，對接機(jī)構(gòu)內(nèi)部的各類彈簧元件、可控阻尼器會緩沖、消耗能量，矯正姿態(tài)偏差。穩(wěn)定之后，對接環(huán)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(dá)到第一宇宙速度后實現(xiàn)軌道飛行，此后速度只與軌道的高度相關(guān)。北斗全球?qū)Ш降膽?yīng)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(lián)系，大大縮短了制導(dǎo)的時間。追求技術(shù)進(jìn)步永無止境，自主交會對接技術(shù)是當(dāng)前科學(xué)家正在研究的課題。猶如投出籃球后，讓籃球根據(jù)籃球場的氣流、溫度、濕度自動調(diào)整方向，實現(xiàn)快速精準(zhǔn)投籃，航天器利用數(shù)據(jù)自主決定飛行方向，依靠自身的測控系統(tǒng)完成交會對接任務(wù)，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。”問天實驗艙與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(zhǔn)、穩(wěn)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(jìn)步。