天宮一號交會對接前四大關鍵步驟示意圖。CFP供圖

　　載人飛行時，航天員打開艙門，進入目標飛行器，完成兩飛行器之間的貨物轉移和交換、科學實驗等在軌駐留任務。

　　天宮一號和“神八”都裝有一個對接機構。這對類似“螺栓”與“螺帽”的對接裝置構造相當複雜，由幾百個齒輪傳動，至今只有我國和美、俄能設計製造。

　　天宮一號在太空築巢後，將靜待與“神八”、“神九”、“神十”飛船的“太空三吻”，開展無人和載人空間交會對接飛行試驗。天宮一號將和11月發射的神舟八號飛船進行我國首次空間交會對接試驗。明年，還將陸續發射神舟九號、十號飛船與天宮一號實現交會對接。其中神舟八號是無人飛船，神舟九號是否載人未定，而神舟十號是載人飛船。

　　空間交會對接是除了載人航天器的發射並返回技術、空間出艙活動技術之外，載人航天的三大基本技術之一。迄今為止，全世界共計進行了300多次空間交會對接活動，但只有美國和蘇聯/俄羅斯掌握了完整的空間交會對接技術。空間交會對接具體過程怎樣？需要解決哪些關鍵性的技術問題？南方日報記者採訪中國載人航天工程總設計師周建平，揭秘“太空之吻”。

　　空間交會對接“四步走”

　　怎樣實現空間交會對接？周建平介紹了對接的四個步驟。

　　首先，發射天宮一號目標飛行器，並在交會對接前將其調整到滿足相位、軌道高度等要求的對接軌道；

　　然後，發射神舟飛船作為追蹤飛行器，通過地面遠距離導引控制和近距離自主飛行，使飛船與目標飛行器在空間實現軌道交會，並通過對接機構使二者形成剛性密封連接的飛行組合體；

　　載人飛行時，航天員打開艙門，進入目標飛行器，完成兩飛行器之間的貨物轉移和交換、科學實驗等在軌駐留任務；

　　最後，飛船與目標飛行器分離並離軌返回著陸場，目標飛行器繼續在軌運行並等待下一次對接。

　　自主與人工控制相結合

　　周建平表示，空間交會對接，追蹤飛行器飛行到近距離時，由飛船自動控制，或由飛船或目標飛行器上的航天員人工控制實施。

　　人控具有系統簡單、可靠的特點，缺點是僅適用於載人航天器；自控系統可以適用載人和不載人航天器，可以規避人員操作失誤的風險，但系統更複雜。在載人航天交會對接控制中，會同時採用自主與人工控制兩種手段。

　　周建平介紹，正常情況下，使用自動交會控制方式具有更加精確的優點，尤其是當技術經過充分試驗驗證趨於成熟後。另外，當距離較遠時，追蹤飛行器自主交會飛行也只有自動控制手段才是可行的。

　　但是，自動系統複雜，保證設備可靠的工作難度更大。而人工控制系統相對要簡單得多，所以要設計航天員人工控製作為第二種控制手段。

　　對接機構“一吻定情”

　　對接過程有兩種實現途徑。一種是利用機械臂完成捕獲並送到指定對接口完成對接鎖定操作。另一種是利用對接機構。

　　這類機構均由主、被動兩部分組成，作為被動的一端安裝在目標飛行器上，而主動的一端則安裝在追蹤飛行器上，兩飛行器進入對接走廊後利用其相對接近速度實現捕獲，然後由對接機構完成鎖緊等操作。

　　周建平介紹，對接機構的主要作用是實現兩個航天器捕獲和剛性密封連接。他透露，對接機構是一套十分複雜、精細的機電設備，具有捕獲、鎖緊、密封、分離功能。

　　對接完成並開啟艙門後，追蹤飛行器和目標飛行器之間，就形成了供人員和貨物通行的通道。此外，對接機構上還配置了氣、液、電對接接口，能夠為目標飛行器補給推進劑和氣體，並實現供電和信息並網。

　　○關鍵

　　測量與監控確保“無縫對接”

　　交會對接的測量設備即相對測量敏感器是交會對接任務成功的關鍵。周建平表示，相對測量敏感器要求精度高、作用距離和視場範圍大，在一定程度上決定了交會對接自主程度和技術水平。

　　交會對接相對測量敏感器通常分為遠場和近場敏感器兩類。遠場敏感器一般作用距離為幾十或上百公里到百米量級，用於交會對接“尋找目的段”和“接近段”。而近場敏感器一般作用距離為幾百米到對接，用於交會對接的近距離接近段和平移靠攏段。

　　周建平介紹，遠場敏感器通常只要求測量目標飛行器相對追蹤飛行器的位置和速度，而近場敏感器還要求測量二者的相對姿態。

　　交會對接飛行中，地面要同時對兩個飛行器進行測控，並在兩到三天內完成對追蹤飛行器的4到5次精確軌道控制和預報。交會對接還要求地面飛控中心對交會對接的關鍵事件進行監視。進入“尋的段”後，追蹤飛行器轉入自主控制，地面要對交會對接過程進行全程監視，並在必要時進行干預。

　　○鏈結

　　對航天員進行地面倣真試驗

　　航天器飛行試驗成本巨大，研發過程中，主要依靠地面試驗模擬飛行環境和狀態來驗證設計的正確性。周建平舉例説，在航天飛機和空間站的交會對接任務中，就在地面上對航天員進行了長達500個小時以上的地面倣真操作培訓。交會對接飛行試驗前，必須依靠充分的地面試驗和正確的倣真驗證設計。試驗和倣真中要求儘量模擬飛行環境條件、邊界條件和極限條件，保證試驗和倣真方法的正確性。

　　周建平透露，在載人航天交會對接任務研製過程中，僅在交會和對接動力學、自動和人工控制方面就研製了9自由度半實物控制倣真系統、6自由度對接動力學半實物倣真系統等一大批可以模擬空間環境和運動的試驗設備。“我們還提出了工程大系統倣真的概念，並構建了實用的倣真系統。”周建平介紹，其目的是按交會對接任務飛行時序關係，用倣真系統將工程各大系統聯絡在一起，飛行控制人員作為倣真系統的有機構成部分直接參與其中，對正常和故障飛行狀態進行全面倣真試驗，綜合檢驗各大系統飛行程序的正確性、正常和故障情況下飛控策略的實施能力以及各系統間接口的協調性。

　　南方日報前方特派記者 趙楊 李秀婷

　　南方日報後方聯動記者 閆崑崙 辛鈞慶

　　統籌 徐林 胡念飛