天舟一號送貨上門

太空快遞準時抵達天宮

太空快遞準時抵達天宮

2017年04月23日 10:06:38 來源:人民日報 作者:余建斌 喻思孌

　　天舟一號向天宮二號從靠攏到交會對接的畫面

　　素材來源：新華社

　　制圖：李姿閱、大巢

　　4月22日12時23分，距地面393公里的太空軌道，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成自動交會對接，為不久后的推進劑在軌補加即“太空加油”打下良好基礎。

　　這是天宮二號自2016年9月15日發射入軌以來，首次與貨運飛船進行的交會對接，也是我國第一艘貨運飛船的首次“送貨”并“停泊”到“太空之家”。

　　耀眼陽光下交會對接，考驗“全天時”作戰能力

　　天舟一號進入太空軌道后，一天要經歷十五六個白天黑夜。進入陽照區時，溫度最高可以攀升至150多攝氏度，進入陰影區時，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對接的最大考驗。中國航天科技集團五院天舟一號總設計師白明生介紹，天舟與天宮的首次交會對接要在耀眼陽光下進行。這要求敏感器等設備在非常明亮刺眼的環境下找到標識目標，好比人們對著陽光看天上的物體，帶來的考驗比之前更難，將有力檢驗我國交會對接“全天時”作戰能力。

　　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天舟一號實施了5次遠距離導引控制，精準到位，為順利交會對接開了好頭。

　　“天舟轉自主控制！”在科技人員精確控制下，天舟一號在22日10時02分轉入自主控制狀態，來到天宮二號后下方52公里處，以自主導引控制方式向天宮二號逐步靠近。

　　約1個小時后，經過尋的段4次變軌，貨運飛船成功進入5公里停泊點。在這里飛船要稍加停頓，判斷綜合狀態，以便決定是否適合繼續實施交會對接。

　　幾分鐘后，天舟再次向天宮緩緩進發。從5公里停泊點到400米停泊點，這幾公里的距離，飛船走了40多分鐘，其間需要執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、對接機構推出等。

　　400米，120米，30米……“天舟轉最后靠攏！”“對接機構捕獲！”貨運飛船和天宮二號的對接機構像兩雙有力的手握在了一起。隨后，對接機構順利拉回鎖緊，成功對接，兩個飛行器建立剛性連接，形成組合體。

　　22日12時23分，“太空快遞”準時送到了天宮二號空間實驗室。

　　茫茫太空“穿針引線”，航天器“眼睛”再受考驗

　　據航天專家介紹，天舟一號的交會對接能力，比神舟飛船有了質的飛躍，具備了360度相位差的交會對接能力，本次天舟一號和天宮二號在飛行軌道的任意相位差條件下均可實現完美對接。天舟一號又新增加了星敏感器，將確保貨船交會對接過程中的姿態更加精準。

　　不過，這次畢竟是貨運飛船首次“服役”，中國航天科技集團五院技術專家劉宗玉說，由于貨運飛船發動機的配置數量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次交會對接，實際上是對現有技術實現的又一次驗證。

　　在整個交會對接過程中，天舟一號需要掌握天宮二號的距離、速度等數據，然后調整姿態，慢慢靠近直至成功對接。在此前多次交會對接任務中應用的微波雷達、激光雷達和光學成像敏感器等交會對接測量敏感器，作為此次貨運飛船在茫茫太空中“穿針引線”的“眼睛”，再次接受了考驗。

　　微波雷達擔負著中遠程距離精確探測的任務，開啟后準確捕獲目標，并實現該對接段高精度測量和穩定跟蹤，完成使命，將接力棒交給了下一階段的導航“選手”。中國航天科工二院二十五所微波雷達總師孫武介紹，此次交會對接中，天舟一號上的微波雷達相比第一代功勛雷達進行了一系列優化設計，體積、重量減少一半，功耗減小1/3。隨天宮二號在軌飛行的微波應答機也是第二代新研產品，體積、重量減小至原來的一半，功耗降低至原來的60%，比第一代產品更好用、更可靠。

　　在交會對接接近段和靠攏段中，激光雷達必須迅速準確地完成對天宮二號目標飛行器的搜索、捕獲、跟蹤測量?！霸趯舆^程中，兩個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接和快速交會對接，這就要求激光雷達始終保持較為寬廣的視角和更高精度的測量跟蹤。”中國電科激光雷達總師屈恒闊說。

　　從天舟一號和天宮二號距離150米開始，直到最終精準對接，光學成像敏感器像“眼睛”一樣，讓兩個高速運行的飛行器更加迅速、可靠地對接在一起。“導航定位激光信息源是光學成像敏感器的關鍵組件，在漆黑的太空，它能發出激光，在黑暗中找到目標，傳遞信息；在面對太陽強光直射時，也能發射出比陽光更加明亮的雙波長激光，確保‘眼睛’不被傷害，找到目標?！敝袊娮涌萍技瘓F公司高級工程師劉志強說。

　　對接機構2.0版精度提高一倍，實現“重量級”航天器偏心對接

　　“如果把神舟八號載人飛船對接機構稱為第一代對接機構，那么天舟一號貨運飛船對接機構可稱為第二代產品，這次是第二代的首飛?！敝袊教炜萍技瘓F八院載人飛船系統、空間實驗室系統副總設計師張崇峰說。

　　天舟一號和天宮二號順利對接，和之后的推進劑補加順暢進行，離不開載人航天的關鍵技術——對接機構。此次交會對接，對接機構不僅僅實現對接作用，還要首次實現在軌推進劑補加，因此科研人員推出了對接機構2.0版。

　　中國航天科技集團公司八院對接機構主任設計師邱華勇說，對接機構并不直接參與空間推進劑補加任務，但它為補加任務提供了平臺和初始條件。在軌推進劑補加，主要通過安裝在對接機構上的4路推進劑補加液路浮動斷接器來實現。這就相當于加油的管路和油槍都安裝在了第二代對接機構產品上。油槍能否準確無誤地插入加油口，那就得看對接的初始精度了。天舟一號要順利地把推進劑供給天宮二號，兩個對接機構必須對接得嚴絲合縫，這對空間交會對接的精度提出非常高的要求。此次液體推進劑補加技術的空間交會對接，要求精度提高一倍。

　　十幾噸的天舟一號和8噸多的天宮二號的對接，實現了“重量級”大噸位航天器的偏心對接，這不同于以往兩個都是8噸級航天器的神舟飛船和天宮飛行器對接，難度更大。未來的空間站建造階段，從8噸到180噸的各種航天器，都要實現各種方式對接。更大型航天器的交會對接將會產生巨大的對接能量，對于對接機構的緩沖耗能能力提出了很高的要求，這也是空間站建設必須突破的一項技術。這次的對接機構2.0版在實戰中經受了檢驗。