神舟-11與天宮-2成功完成「太空之吻」！

（專家：杭添仁，空間探測首席傳播專家，科普中國微平台原創首發）

經過在太空的2天萬里大追蹤後，載有2名航天員的神舟-11飛船與已在軌飛行一個多月的天宮-2空間實驗室在今日凌晨成功實現交會對接。航天員景海鵬和陳冬入駐天宮-2空間實驗室，開始了為期30天的太空駐留生活。

神舟-11變軌追趕天宮-2示意圖

何為空間交會對接？

空間交會對接技術是指兩個航天器(包括宇宙飛船、太空梭、空間站等)在太空軌道上會合并在結構上連成一個整體的技術。

空間交會對接是指2個航天器(包括宇宙飛船、太空梭、空間站等)在太空軌道上按預定位置和時間相會後在機械結構上連成一個整體，實現「1＋1＝1」，主要是為長期運行的空間設施提供人員運輸和物資補給服務。

有人形容空間交會對接技術就像在太空中放了一根針，然後在相距幾百千米的地面控制一根線去穿過那個針眼，所以很複雜，是「高難度」動作。

2個航天器在空間實現交會對接，實際上包括交會和對接2個部分。航天器之間在空間進行對接前要先交會，即相互接近，它是通過交會測量系統使一個航天器接近另一個航天器的過程，然後對接成一個整體。

交會是指2個或2個以上航天器在空間軌道上按預定時間和位置停靠相會，這需要通過多種測量設備，神舟-11和天宮-2相距較遠時採用微波雷達，中距離時採用激光雷達，近距離時採用光學成像敏感器、對接敏感器。

對接是指2個航天器在空間軌道上通過對接機構相互接觸並連成一個整體，我國採用先進的「異體同構周邊」式對接機構，它是指追蹤飛行器和目標飛行器上的對接機構採用同樣結構，沒有主動、被動之分；「周邊式」是指機構不設置在中間，而是設置在周邊。對接時，追蹤航天器上的對接機構伸出，周邊的三個板狀導向器完成導向作用，使兩個對接機構準確地接觸。鎖定後對接機構回縮，使對接面拉緊，最終鎖定兩個對接面，完成對接。

在空間交會對接的2個航天器中，1個稱目標飛行器，一般是空間站或其他的大型航天器，作為準備對接的目標，交會對接時保持穩定狀態；另1個稱追蹤飛行器，一般是地面發射的宇宙飛船、太空梭等，交會對接時要通過變軌來追趕目標飛行器，實現兩者的交會對接。在這次交會對接中，我國的天宮-2是目標飛行器，神舟-11飛船是追蹤飛行器。天宮-2扮演著一個引導者和指揮管理者的角色，始終掌控著工作進度和進展。當擬與天宮-2對接的飛船進入預定軌道，並開始搜尋天宮-2的倩影時，天宮-2會向對方提供引導信號，告訴對方「我在這裡」，並始終給追蹤飛行器提供引導信息。

神舟-11轉入接近段示意圖

空間交會對接過程：遠距離導引段、自主控制段、對接段、組合體飛行段和分離撤離段

空間交會對接過程一般是：首先，發射追蹤飛行器，並由地面控制，使它按比目標飛行器稍微低一點的圓軌道運行；接著，通過變軌使其進入與目標飛行器高度基本一致的軌道，並與目標飛行器建立通信關係；然後，追蹤飛行器調整自己與目標飛行器的相對距離和姿態，向目標飛行器靠近；最終，當兩個航天器的距離為零時，完成對接合攏操作，結束對接過程。

在神舟-11發射前，天宮-2要進行了軌道相位調整，使其進入預定的交會對接軌道，等待神舟-11到來。在北京航天飛行控制中心的精確控制下，天宮-2要偏航180°，建立倒飛姿態，為實施首次空間交會對接做好準備。

然後，用長征-2F遙11運載火箭發射作為追蹤飛行器的神舟-11載人飛船。

我國空間交會對接過程分為遠距離導引段、自主控制段、對接段、組合體飛行段和分離撤離段幾個階段來實施。

1遠距離導引段：

神舟-11入軌後，在地面測控通信系統的導引下進行多次變軌，逐步提高軌道速度和高度，調整軌道傾角，圓化軌道，使飛船進入與天宮-2同一軌道面後下方的圓軌道，最後處在位於天宮-2後下方約52千米處，這時神舟-11可穩穩地捕獲天宮-2，與其建立穩定的空空通信鏈路，轉入自主控制段。

2自主控制段：

自主控制段分為3個階段：從52—5千米的尋的段，從5千米—120米的接近段，從120米到對接機構接觸的平移靠攏段。

從相距52千米距離到對接，為了保證每一步準確對接，降低風險，中間顆設立了4個停泊點，它們分別是5000米、400米、120米和30米。既是為了切換敏感器和控制模式，進行例行「體檢」，把軌道調整到理想位置，也是控制上的可靠性備份措施，合格方能「放行」。一旦出現問題，神舟-11可以通過地面控制撤離到上一個停泊點等待故障處置或改用手控交會對接。

在這4個停泊點中，5千米停泊點最重要。對於兩個飛行器來說，它是一個相對安全的距離。其次是30米停泊點，就像臨門一腳,多個發動機同時工作，把兩個飛行器拉過來，接合到一起，技術含量最高。

從相距52千米直至交會對接，作用距離較遠的微波雷達率先工作；進入20千米後，精度較高的激光雷達開始工作；進入100米時，使用更加精確的光學成像敏感器相機和乘員光學瞄準器。

3對接段

通過位置精度控制和交會測量設備狀態確認，神舟-11和天宮-2上的交會對接機構完成了捕獲、緩衝、拉近和鎖緊四個過程，將飛船和天宮拉近，當對接環完全對上時，對接環里的12把鉤鎖將會緊緊鉤定在一起，完成對接。

在這個過程中，既要防止「牽不上手」，又要防止「追尾事故」， 神舟-11和天宮-2的相對速度需控制在0.2米/秒，神舟-11的前進速度比天宮-2略勝一籌。神舟-11和天宮-2實現剛性連接後，通過制動控制系統，接通2個航天器的電氣液路通道，進行信息和能源併網。在經過2個小時的密封性檢漏和壓力平衡後，景海鵬打開艙門率先進入天宮-2實驗艙。隨後陳冬也進入到天宮-2內。

交會對接實施期間，航天員景海鵬和陳冬在神舟-11飛船返回艙值守，還要穿上艙內航天服，做好保障措施。一旦自動交會對接出現問題，作為備份方案，他們將採用手控方式完成對接。

神舟-11與天宮-2「相撞」示意圖

與之前交會對接相比，此次「太空之吻」有三大不同

與以前我國實施的交會對接相比，此次「太空之吻」有三大不同。

一是天宮-2與神舟-11交會對接在距離地面393千米的軌道上進行，這比我國之前交會對接的軌道高了50千米，與未來我國空間站運行的軌道高度基本相同。為此，飛控工作人員會對軌道控制策略和飛行程序進行相應調整，指令的發送時間和飛船返回軌道設計等都較以前有所不同。

二是為了驗證未來航天技術，滿足未來空間站上對長壽命的要求，這次對神舟-11飛船的交會測量設備進行了升級改造。之前的神舟-8、9、10在與天宮-1的交會對接任務中, 用於平移靠攏段的主要測量敏感器都是CCD成像敏感器。本次神舟-11用新型交會對接光學成像敏感器（CRDS）代替了CCD光學成像敏感器。它具有更高的抗雜光和抗強光能力，性能大大優於以前的CCD光學成像敏感器，即使在太陽強光直射時,「眼睛」也不會被「亮瞎」,具備了在苛刻光照條件下准全天候穩定測量能力,顯著提高了交會對接的可靠性。這一技術改進可讓交會對接任務完成得更加出色。

三是神舟-11的測量裝置能夠發光照亮天宮-2的對介面。此前的對接都是由天宮-1上裝著的燈泡發出光亮，便于飛船靠近、對接。現在，由於飛船能主動照亮，天宮-2去掉了需要電源的燈泡，裝上了一面鏡子，當飛船靠近的時候，鏡子反射飛船發出的光線就可以照亮我，這樣的好處是鏡子能夠長久使用，解決了用電的燈泡壽命問題。

編輯：紀阿黎

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