天舟一號完成繞飛和第二次交會對接試驗任務側記

天舟一號繞飛和第二次交會對接試驗示意圖 製圖 於珊珊

一場「芭蕾秀」在離地近400公里的太空上演了，「舞者」是重達數噸的鋼鐵巨物，名字同樣如雷貫耳——中國首艘貨運飛船天舟一號。

6月19日，太空運行60天後，天舟一號再次迎來大考，它要與天宮二號空間實驗室一起，完成繞飛和第二次交會對接試驗。這場專門為飛船自動尋找空間站對介面而進行的飛行試驗，對整個空間站建設意義重大。

「自主」起舞

9點37分，在地面決策指導下，天舟一號繞飛試驗開始實施。地面首先發送分離指令，天宮二號停控，對接機構解鎖，兩大航天器分離。這是大約兩個月前，天舟一號和天舟二號完成首次交會對接後，兩大航天器的第一次分離。

天舟一號按程序逐步撤退至後向5000米，並保持約90分鐘。地面確認航天器狀態正常後發令，天舟一號開始繞飛，從後向5000米繞飛至天宮二號前向5000米。在此期間，天舟一號完成偏航180°轉倒飛，天宮二號完成偏航180°轉正飛。

與神舟十號載人飛船在地面人員支持下進行的繞飛不同，這次繞飛被稱為「全自主繞飛」，這也意味著在整個過程中人為干預的部分大大減少。

「如果把神舟十號的繞飛比作是『領著』小朋友學走路，那麼此次貨運飛船的繞飛則是『看著』小朋友自己走路。」中國航天科技集團公司五院502所貨運飛船副總設計師張強說。

繞飛過程中，制導、調姿及進入5公里保持點，均是船上軟體自主規劃完成。「當繞飛指令發出，飛船上制導導航與控制系統的計算機便開始自主規劃繞飛軌跡，自主進行變軌控制，自動進行姿態行動，不需要地面人員干預，可謂『聰明』和『自立』了很多。」張強介紹。

事實上，貨運飛船的這種「自主」行為，不僅大大減輕了地面支持人員的工作強度，更重要的是，它可以讓自主繞飛在測控區外實現。

「一級」保障

空間繞飛，精彩但暗含巨大風險。試想，在離人類將近400公里的深空，兩個重達十幾噸的飛行器以每小時29萬公里的速度飛行，同時，他們還要完成「上下繞圈」和「翻跟斗」等「驚險」動作。談何容易？

其中，最大的風險就是碰撞。為了避免碰撞，一方面，必須要求兩大航天器的軌跡和姿態始終處於精準受控範圍內。

為此，工程師必須事先為飛行器規划出最優的繞飛軌跡，使其自主完成在特定位置的變軌控制，並嚴格在預定的時間點到達預定的位置。同時，飛船還要根據目標飛行器的狀態進行協同控制，包括相對位置、相對速度、相對姿態、相對角速度等，所有因素都必須「完美」。

另一方面，為了避免碰撞，必須要求對接機構的品質達到「一級棒」。對接機構是空間站的一個關鍵部件，沒有它，空間站建設和維持、航天員的定期接替、天地往返運輸服務，都將無從談起。

經過22年的歷練，我國對接機構已經逐漸成長為支持空間站建設的「棟樑之材」。為了確保此次對接任務順利完成，八院為原有產品進行升級。

「對結構機構要覆蓋空間站階段8噸到180噸各種大噸位和各種偏心對接情況。執行此次交會對接任務的對接機構有118個感測器、5個控制器、上千個齒輪軸承、18個電機和電磁拖動機構、數以萬計的零件和緊固件。」八院805所對接結構主任設計師邱華勇如數家珍。

繞飛試驗在航天人的保障下順利完成。「自主」背後，是超高級別的可靠性和安全性，超高質量的航天產品和智慧軟體，世界範圍內，又有哪一台芭蕾秀，有如此強大的「後台」呢？

「主動」找你

繞飛試驗後，天舟一號與天宮二號開始第二次交會對接試驗。天舟一號離開前向5000米停泊點，逐步接近至前向30米，之後嘗試與天宮二號對接機構進行接觸。

14點55分，天舟一號貨運飛船順利完成與天宮二號空間實驗室的繞飛和第二次交會對接試驗。

如今，我國已經從「空間實驗室」時代正式邁入「空間站「時代。不久的將來，空間站重量將達到百噸級。當有飛船造訪時，面對如此龐然大物，只能主動而禮貌地對著它說：「你別動，我去找你！」

全自主繞飛，就是保障這項任務的關鍵技術。（趙聰）

來源 中國航天報

原題 「雙人芭蕾」在太空上演

——天舟一號完成繞飛和第二次交會對接試驗任務側記

編輯 吳琳

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