飞船与空间站交会对接为何走走停停揭秘关键技术背后的奥秘

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2025-03-19 09:53:17 澎湃新闻客户端

交会对接是建设中国空间站的关键技术，它使两个航天器在同一时间、同一位置以相同速度和姿态会合并在结构上连为一个整体。这一过程分为交会和对接两个阶段。飞船在奔赴空间站时会“走走停停”，这是为了确保安全和准确对接。

飞船与空间站交会对接为何走走停停

在交会阶段，飞船追踪空间站的过程中，通过变轨达到与空间站相同的轨道高度后，两飞行器相对距离和速度保持不变，飞船相对于空间站来说就“停泊”了。这种“停泊”是由轨道规律保证的，即被动安全，只要不做动作，就没有相撞风险。设置停泊点主要用于以下操作或场景：

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- 切换相对测量敏感器：从数百公里追踪至对接过程中，很难由一套设备从头测到底。因此，在与空间站相对距离不变且安全的停泊点进行不同测量距离的设备切换是最优选择。 - 故障处置：在停泊点可以等待处理敏感器等典型故障，有些交会方案将停泊点作为全系统状态检查的点，确认一切正常才放行。 - 对接时间调整：如轨控执行有误差，则飞行时间与预计也会有偏差，设置停泊点可以“吃掉”此前的飞行时间误差，以保证后续步骤按预定时间计划执行。 - 解决光学敏感器受阳光干扰的问题：当阳光晃眼时在停泊点等待，太阳转过去后再继续前进。停泊点可以设置在空间站的后方或前方，根据需要进行升降轨操作。

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交会有自动与手动两种模式。高精度自动控制条件下，手动交会仍然保留，这是因为人眼精准的立体视觉和人脑-手指精细的操控能力使得航天员经过训练后可以达到极高的观测和控制精度。手动交会的一大优势在于控制精度好，并且人在现场的临机处置能力更强。早期由于技术水平限制，自控不如人控精度高。当代虽然自动控制精度足够高且稳定，但人控作为一种冗余手段被保留下来。

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快速交会技术的发展使得交会对接时间大大缩短。2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱形成组合体，全程时长从两天左右缩短至6.5小时。实现快速交会的关键因素包括空间站调相及轨道外推预测精度高、火箭入轨精度高、测定轨实时精确、实时轨控规划与计算精准以及轨控精度足够高。这些条件的提升和协同保障使得快速交会成为可能。

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对接阶段是从单个航天器到组合体的过程，主要包括接触、接纳和几何位置校正，缓冲并消耗碰撞能量，机械连接三个步骤。首先，两个飞行器的对接机构相互接触后，消除初始偏差，让双方的机械装置相互接纳并校正位置关系。其次，高速飞行的大质量航天器即使以较小速度相互接触，冲击能量也很大，因此需要配置缓冲和耗能装置。最后，两对接端面被拉近、靠拢，通过机械锁系刚性连接为一体，实现电路、液路连通，载人环境贯通。

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为了保证对接过程的安全，对接机构上配置的缓冲阻尼系统隔离了两个飞行器本身，实际起到的效果相当于以这套系统的等效动力学特性去撞击目标。对接接触后两航天器均要停止姿态控制，组合体处于自由漂移状态，缓冲系统只需将对接撞击能量消耗即可。此外，对接机构还需要具备承受较大偏心翻转载荷并吸收该方向输入能量的能力。

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交会对接是一个复杂的系统工程，涉及多个环节和技术，通过控制核心技术实现总体最优设计，为空间设施建设提供了有力支持。(责任编辑：于浩淙 zx0176)

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