首次交会对接解码四大难点

首次交会对接解码四大难点

本报记者余建斌

《人民日报》（ 2011年11月02日 09 版）

11月1日5时58分，神舟八号飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。

本报记者陈斌摄

版式设计：蔡华伟宋嵩

浩瀚太空，渺如沙砾的两个航天器，即将在距地球343公里高度，进行妙到毫巅的交会对接。

谁来帮助神舟八号追上天宫一号？能否实现近距离自主交会？能否精准对接，再顺利分离？载人航天工程专家为我们解析交会对接四大精彩看点，同时也是具备高风险的四大难点。

远距离导引能否帮助神舟八号追上天宫一号

据介绍，交会对接中的交会过程分为地面远距离导引交会和航天器自主导引交会两个阶段。

其中，第一个看点是交会的第一阶段——地面远距离导引交会：神舟八号在预定时刻到达距天宫一号后下方52公里处的远距离交会过程，由地面测控系统来完成导引控制。地面远距离导引能否使神舟八号顺利在预定时间抵达这个位置，决定着下一步自主交会对接是否按计划进行。

“神舟八号发射升空以后，要进行的5次远距离导引控制，都是要保证在神舟八号转入自主导引的时刻，它的位置正好经过天宫一号的后下方52公里处。”北京航天飞控中心副主任麻永平说。

载人航天工程总设计师周建平说，神舟八号要在预定时间到达预定地点，要保持绝对准确，对地面测控系统而言，难度很大。以前只需控制单个航天器，现在要同时控制两个，而且两个飞行器的位置相互关联、相互制约，这对地面测控精度提出很高要求。比如，神舟八号与天宫一号要严格处在一个轨道面上，才能保证后续的交会对接是在同一个准确的轨道面上。

“远距离导引控制带来的控制频度之密，控制精度要求之高，前所未有。”麻永平说，两个航天器均以每秒7.8公里的速度高速飞行，要准确控制这两个高速动态飞行器的相对位置和相对高度，就好比在太空中打两个“移动靶”。

当神舟八号准确到达天宫一号后下方52公里处，相对速度也满足要求，同时天宫一号和神舟八号上的对接机构相应都正常时，就转入自主导引控制，也就是前面的天宫一号保持对接姿态继续飞行，神舟八号则开始自主导引逐渐接近它。

神舟八号能否实现近距离自主交会

第二个看点是航天器近距离自主导引交会：从相距52公里处，神舟八号开始利用飞行器上的测量设备，比如微波雷达、激光雷达等，获得和天宫一号的相对距离和相对姿态等信息，由神舟八号自己生成控制参数，根据预先设计好的程序计算出飞船继续前进的轨迹和速度，逐渐逼近天宫一号。

当飞船距离天宫一号只有100多米时，交会进入平移靠拢阶段。这时候飞船仍然自己导航，利用可视化设备来测量相对位置等信息，不断逼近天宫一号。直到两个飞行器上的对接机构彼此乍一接触但尚未捕获时，交会过程就完成，将转入对接过程。

为什么需要航天器近距离自主交会？载人航天工程测控通信系统总设计师钱卫平说，由于地面航天测控网的距离、分布等因素，在近距离时难以满足飞行器交会的要求，只能依靠航天器自主导引。这在国内还是第一次，因此也带来了巨大挑战。

对飞行器而言，天上并没有路轨，是一个自由空间，各个方向都可能出现偏差。要使神舟八号和天宫一号对接机构能够顺利捕获，误差必须保持在十几厘米范围内，这种飞行器导航精度，对飞行的安全性、天地协同的时效性，都提出了非常高的要求。

为了解决难题，神舟八号上装备了现代化的测量手段，距离的测量精度能达到厘米级。

麻永平说，从神舟八号自主接近天宫一号起，一共有5公里、400米、140米和30米四个停泊点，都要相对于天宫一号“停泊”数分钟，让地面测控系统监视判断两个航天器状态，是否适合继续进行交会对接。其中最重要的是在距天宫一号140米和30米时，判断确定飞船的对接状态是否已经就绪，如果一切正常，则继续进行交会对接。

在最后的平移靠拢段，为了保持精度，飞船上的平移发动机可以使其平移或上下运动，正推和反推发动机也可以控制两个飞行器飞行的相对速度。

1+1=1，精准对接能否实现

第三个看点是对接过程：当神舟八号和天宫一号乍一接触，飞船再进行一个小的加速，对接机构按照捕获、缓冲、拉近、锁紧四个阶段，完成对接，并保证密封。

对接后，天宫一号和神舟八号成为一个组合体在轨道上运行，此时由天宫一号作为“大脑”来控制组合体飞行，实现1+1=1。

如何使对接时不发生碰撞，对接后能够保持完全密封，以及使天宫一号和神舟八号真正合二为一，都依赖对接机构的表现。

对接机构主任设计师柏合民介绍说，两个飞行器上都有对接机构。两个飞行器第一次机

械接触，对接机构进行缓冲和纠正位置偏差，随后神舟八号上的对接机构启动拉近功能，12把对接锁锁住天宫一号上的12把对接锁，每把锁有三吨多的压力，使两个飞行器形成刚性组合体。

对接形成密封通道后，将进行通道密封性能检查。最终神八和天宫形成一个组合体，由天宫一号的控制系统控制组合体飞行。

麻永平说，组合体长超过18米，重量超过16吨，将在空间运行多天，这将是中国航天第一次用单个航天器对组合体实施飞行控制。

1-1=2，顺利分离能否实现

如果对接成功，最后一个看点是在对接后12天左右，交会对接的最后一步——分离。能否分离成功，是交会对接任务完整过程的最后一步，也意味着未来航天员能否顺利从空间实验室或者空间站撤离。

按计划，天宫一号和神舟八号将进行两次交会对接，第二次交会对接实现并分离后，天宫一号要继续在太空服役，神舟八号要返回地球。

分离过程是1-1=2的过程，要实现两个组合在一起的飞行器顺利分开，又保证两个飞行器一切正常，神舟八号恢复自主飞行功能。

柏合民说，分离是对接的反过程。12把对接锁将反向解锁，并有一个推离装置，使两个飞行器互相分离。第一次分离后，神舟八号在距离天宫一号140米处停泊，一切正常后按照程序进行第二次交会对接。第二次分离后，飞船发动机点火，将加速分离，撤离到大概是相距5公里的安全距离处。后续地面将按计划精确控制神舟八号返回预定的着陆场。

根据计划，天宫一号则在地面控制下从343公里的交会对接轨道抬升到长期工作轨道，等待明年神舟九号和神舟十号前来交会对接。