兩個(gè)航天器于同一時(shí)間、在軌道同一位置、以相同速度和姿態(tài)會(huì)合,并在結(jié)構(gòu)上連為一個(gè)整體,被稱為交會(huì)對(duì)接。這是建設(shè)中國空間站的關(guān)鍵技術(shù),是實(shí)現(xiàn)“1+1=1”的前提,也是航天器在軌運(yùn)行中最復(fù)雜的技術(shù)之一。
約2小時(shí)!這是天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式,成功對(duì)接到天和核心艙的時(shí)間。如果采用傳統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)接,載人飛船至少要飛2天,繞地球30多圈;貨運(yùn)飛船因?yàn)橐?jié)省燃料,花的時(shí)間更長(zhǎng),常常要3~5天??焖俳粫?huì)對(duì)接技術(shù)應(yīng)用后,飛船只需繞地球幾圈就能完成對(duì)接。
快速交會(huì)對(duì)接有相當(dāng)多的好處。比如,它可以讓航天員更快地轉(zhuǎn)移到生活條件更好的空間站,盡量縮短航天員在飛船里的時(shí)間,減少其體力和精力的消耗;有些太空實(shí)驗(yàn)所需的生物制劑無法經(jīng)受長(zhǎng)途運(yùn)輸,快速交會(huì)對(duì)接可以讓它們更快地到達(dá)空間站,如果空間站遭遇緊急情況,快速交會(huì)對(duì)接也能保證及時(shí)進(jìn)行救援和搶修。
神舟八號(hào)、神舟九號(hào)、神舟十號(hào)相繼與天宮一號(hào)的成功交會(huì)對(duì)接,備受關(guān)注。為什么航天器要在太空中進(jìn)行交會(huì)對(duì)接呢?
為了滿足科研需求,空間站體量十分巨大,例如,國際空間站總質(zhì)量約420噸。無論是什么型號(hào)的運(yùn)載火箭,都不可能一次性將數(shù)百噸重的空間站運(yùn)送到軌道上。因此,空間站的各個(gè)部分被分批發(fā)射,然后在太空利用交會(huì)對(duì)接技術(shù)搭建起來,空間站才得以建成。
交會(huì)對(duì)接技術(shù)就像是快遞送貨上門服務(wù),為長(zhǎng)期在軌道上運(yùn)行的空間站運(yùn)送航天員和補(bǔ)給物資,保證空間站的正常運(yùn)行。
不管是空間站,還是航天飛機(jī)、太空平臺(tái)或空間運(yùn)輸系統(tǒng),這些大家伙的空間裝配、回收、補(bǔ)給、維修,還有航天員交換及營救等在軌服務(wù),都依賴于交會(huì)對(duì)接技術(shù)。在未來的航天活動(dòng)中,交會(huì)對(duì)接技術(shù)將會(huì)確保多個(gè)航天器在太空中合作完成任務(wù),為深空探測(cè)提供保障。
國際空間站的軌道速度約為每秒7.7千米,如果你要操縱載人飛船與空間站對(duì)接,那么載人飛船至少要以每秒7.8千米的速度接近空間站。當(dāng)你進(jìn)行最后的對(duì)接??繒r(shí),需要把速度減到剛剛好,與空間站保持相對(duì)靜止,才能完成對(duì)接。但是請(qǐng)注意,這里是阻力為零的太空,只能點(diǎn)燃反方向發(fā)動(dòng)機(jī),才能實(shí)現(xiàn)減速。并且,機(jī)會(huì)只有一次,否則就會(huì)彼此錯(cuò)過甚至追尾碰撞。
在執(zhí)行阿波羅14號(hào)登月任務(wù)過程中,指令艙與登月艙對(duì)接六次方才成功。1997年,俄羅斯的“進(jìn)步M-34號(hào)”貨運(yùn)飛船在與“和平號(hào)”空間站的對(duì)接過程中,由于制動(dòng)控制部件失靈,飛船沒有及時(shí)對(duì)航天員指令做出響應(yīng),直接撞到“和平號(hào)”的“晶體”艙上。
兩個(gè)重量極大的飛行器,在茫茫太空中高速飛行,要完成無縫對(duì)接,難度好比百米之外的“穿針引線”。交會(huì)過程中,如果軌道測(cè)量或計(jì)算稍有偏差,就有可能失之毫厘,差之千里。
2012年6月24日,神舟九號(hào)與天宮一號(hào)首次實(shí)現(xiàn)載人狀態(tài)下的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。之后神舟九號(hào)又與天宮一號(hào)分離,航天員劉旺操控飛船實(shí)現(xiàn)與天宮一號(hào)的首次手控交會(huì)對(duì)接。
在自動(dòng)控制出現(xiàn)故障的情況下,或者遭遇例如軌道碎片碰撞等突發(fā)事件時(shí),航天員將手動(dòng)介入,執(zhí)行飛行命令。
經(jīng)過前期的探索實(shí)踐,我國已經(jīng)掌握了交會(huì)對(duì)接全自動(dòng)控制技術(shù)及飛船航天員手動(dòng)控制技術(shù)。在神舟九號(hào)和天宮一號(hào)的對(duì)接過程中,航天員劉旺采用手動(dòng)對(duì)接模式,將對(duì)接機(jī)構(gòu)鎖緊,兩個(gè)航天器建立剛性連接,形成組合體。
隨著技術(shù)進(jìn)步,交會(huì)對(duì)接發(fā)展出更多的分支技術(shù),以適應(yīng)和滿足更加細(xì)分的應(yīng)用需求,保障著從天地往返到復(fù)雜空間設(shè)施建設(shè)的空間。
“人不能兩次踏進(jìn)同一條河流。”古希臘哲學(xué)家的這句話,揭示了宇宙萬物的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。從這個(gè)意義上來說,以交會(huì)對(duì)接為代表的航天任務(wù)在每一階段所面對(duì)的,都是一次全新的任務(wù)。肩負(fù)著多維度探索使命的中國空間站正在奔赴其科學(xué)、技術(shù)、工程的遠(yuǎn)大目標(biāo),也延伸著我們對(duì)宇宙的理解與憧憬。
1985年,空置的蘇聯(lián)禮炮七號(hào)空間站因?yàn)殡娏鬟^載出現(xiàn)故障,與地面失去通信。此時(shí)的空間站開始翻滾,內(nèi)部溫度迅速降低到-20℃。在放棄空間站和進(jìn)行救援的兩難選擇中,蘇聯(lián)選擇了后者。兩名執(zhí)行救援任務(wù)的宇航員被送入太空。由于禮炮七號(hào)空間站無法為自動(dòng)交會(huì)對(duì)接提供配合,兩名宇航員不得不采用手動(dòng)對(duì)接。宇航員們穿上厚厚的冬季外套進(jìn)入空間站中,艱難恢復(fù)了禮炮七號(hào)的電源和通信。
(編輯:劉穎)