首次实现径向交会对接 “太空之吻”背后的深情

　　交会对接的“太空之吻”再一次成功！

　　10月16日，神舟十三号载人飞船，采用自主快速交会对接模式，成功对接于天和核心舱径向端口。与此前已对接的天舟二号、天舟三号货运飞船一起，构成了四舱（船）组合体。随后，3名航天员从神舟十三号载人飞船顺利进入天和核心舱。

　　在我国空间站任务中，所有对接机构都是由中国航天科技集团八院研制。从2011年首次亮相的“太空初吻”至今，对接机构共成功实施了15次精准可靠对接，经历了从无人到有人、从自动到手控、从几天到6.5小时、从轴向对接到径向对接的创新突破。

　　一次次精彩的“太空之吻”背后，凝聚了航天科技人员对祖国航天事业的热爱、对建设太空强国的深情。

　　天和核心舱上的“对接五兄弟”

　　据中国航天科技集团八院载人飞船系统副总设计师张崇峰介绍，对接机构分为主动对接机构和被动对接机构。神舟载人飞船、天舟货运飞船以及后续将发射的两个实验舱，均配置了对接机构主动端，天和核心舱共配置了5个被动对接口，设计师们形象地称它们为“对接五兄弟”。

　　“对接五兄弟”分工明确、各司其职。“大哥”在核心舱的后端，是核心舱专门的“太空快递通道”，被称为“后向对接口”，主要用于对接“太空快递小哥”天舟货运飞船，保证整个空间站的货物输送及在轨能量补充，同时也是载人飞船的备份对接通道。

　　“二哥”在节点舱的最前端，被称为“前向对接口”，接待来访的“客人”最多，除了神舟载人飞船、天舟货运飞船外，将来还会迎接问天实验舱、梦天实验舱，堪称“空间站守门人”。“大哥”和“二哥”都有特殊的补加接口，都可以为空间站补充推进剂。

　　“三哥”是“径向对接口”，神舟十三号载人飞船就是对接在此处，是专门的“航天员通道”。

　　“四哥”和“五弟”在节点舱的两侧呈对称分布，被称为“侧向停泊口”，问天实验舱、梦天实验舱将来会永久停靠在这里。届时，航天员的居住条件将会由“一居室”变成“三居室”，大大增加航天员的活动空间和范围。

　　身处太空，“对接五兄弟”长时间暴露在空间辐射环境，需承受88000次、超过200摄氏度上下的高低温循环、低轨空间原子氧的剥蚀，经过多频次的对接与分离后，仍需确保安全可靠，这对它们的身体素质要求极其高。

　　多年来，八院805所对接机构团队将自己心中的那份爱毫无保留地奉献给“对接五兄弟”，用自己的聪明才智为它们赋能，共考虑到79项可能会发生的各类故障，为此制定了详细处置预案，以确保“对接五兄弟”在轨期间身体健康、圆满完成工作任务。

　　首次实现径向交会对接

　　在太空中交会对接，根据任务需要对接方式也很讲究。神舟八号以来的5艘飞船，与目标都是轴向对接。此次神舟十三号载人飞船与49吨级的空间站组合体，首次自主快速实现了径向交会对接。

　　径向与轴向的夹角呈90度，对接方式的改变，是为了使航天器易于运动控制，保证其主结构和质量分布尽量对称、紧凑，确保航天器的质心居中，从而减少因姿态控制所消耗的能量。

　　与轴向对接相比，径向交会对接难度更大。首先在于持续控制姿态和轨道“难”。轴向交会对接，可以有200米的“稳定保持点”，即使发动机不工作，飞船也能较长时间保持稳定的姿态和轨道。而径向交会没有稳定的中途停泊点，需要持续对飞船的姿态和轨道进行控制，推进剂消耗大，故障处置难。

　　其次，姿态和相对位置确定“难”。神舟载人飞船配有敏感器，如同飞船的眼睛，可以通过观察星星和预设的标志点，来确定自己的飞行姿态、与空间站的相对姿态相对位置等。但由于在径向交会过程中，飞船需由平飞转竖飞，大范围的姿态机动，对“眼睛”提出了更高要求。

　　第三，是航天员手控交会模式“难”。径向交会对接过程中，基本失去了地球这个最熟悉的参照基准，测控条件变差，且相对动力学运动特性与轴向交会不同，这给手控交会模式下航天员的操作增加了难度。因此，此次径向交会对接整个过程，是在制导导航与控制（GNC）系统指挥下，飞船智能自主完成的。

　　为确保平稳顺利实现径向交会对接，八院805所对接机构分系统通过全面分析对接工况，在增加可控阻尼器的基础上，还配合总体完成任务规划，开展了31个工况的捕获缓冲试验，仅单项极偏差工况就达到24次，可有效消除对接机构与多构型、变吨位、大偏心对接目标的捕获、缓冲、连接适应性风险。

　　首次成功实现径向交会对接，使径向和轴向交会都成为中国空间站载人飞船正常的交会方式，未来，将会在空间站载人交会对接任务中交替使用。

　　确保每一次“太空之吻”完美亮相

　　太空交会对接，是世界航天领域内公认的最复杂、最难攻关的技术。八院805所自1995年开始启动对接机构的研制。在没有任何参考的情况下，数千次的试验、数以万计的数据积累……一群满怀梦想与深情的航天人，枕戈待旦、埋头苦干了16年。

　　2011年，我国自主研制对接机构完美实现了“太空初吻”。神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器实现轴向对接，我国首次实现无人空间交会对接，成为世界上第三个独立掌握空间交会对接技术的国家。

　　我国空间站实施建造以来，八院805所研制的对接机构已成功助力4艘飞船实施与天和核心舱的5次精准对接，每一次“太空之吻”的细节各有不同、亮点纷呈。

　　第一次：2021年5月29日，天舟二号货运飞船成功发射，6.5小时后成功对接于后向对接口，完成了我国空间站的首次对接任务。

　　第二次：2021年6月17日，神舟十二号作为我国空间站的首艘载人飞船，与核心舱前向对接口成功对接，三名航天员穿过对接机构进驻到空间站。

　　第三次：2021年9月18日，天舟二号“快递小哥”通过180度绕飞，顺利从后向对接口转移至前向对接口，并再一次实现精准对接，进一步验证了对接机构具备在轨多次可靠对接的能力。

　　第四次：2021年9月20日，天舟三号货运飞船成功对接于核心舱后向对接口。

　　第五次：2021年10月16日，神舟十三号载人飞船成功对接于核心舱径向对接口，首次实现径向交会对接。

　　据悉，按照后续空间站建造及运营规划，八院对接机构团队每年至少要生产交付5套对接机构。目前，八院通过部组件产品化、测试项目通用化以及发射场流程优化等方式，有效提高了生产、总装、测试、试验效率，确保每一次“太空之吻”的完美亮相。（张建松）