天宫游太空 神舟赴星河

天宫游太空 神舟赴星河

空间飞行器交会对接是航天领域公认的技术难关，难度大、风险高。工程技术人员总结前几次交会对接的经验，对神舟十一号与天宫二号进行了升级改进，那么这次交会对接与以往有何不同？北京航天飞行控制中心副总工程师孙军对此进行了权威解答。

从打固定靶到打运动靶

“天宫二号和神舟十一号交会对接的轨道高度为393千米，比前几次高了50千米。”孙军说，这个高度与未来空间站的轨道高度基本相同，大气阻力更小，对航天器的衰减作用更小，能够降低维持航天器长期在轨运行的资源消耗。

轨道高度的变化，只是这次飞行任务为空间站建设所进行的验证之一。空间站将来建成后，个头大、吨位足，调整轨道姿态需要耗费大量燃料。这决定了今后的交会对接不能再像以往那样先让“天宫”主动调整位置，然后发射飞船，而是先要准确预报空间站的位置，再让飞船去追它。

“打个比方，以前是打固定靶，现在是打运动靶。这要求能对空间站运行轨道进行长时间的精确预报。”孙军说，受复杂空间环境的影响，空间站的轨道每天都在衰减，时间跨度越长，预报难度越大，经过科研人员的研究攻关，现在的预报精度已大幅度提高。

交会对接方式的变化，使得对神舟十一号飞船进行轨道控制的间隔较以往大大缩短。孙军表示，这次任务中轨道控制参数的计算精度、计算效率比以往更高，能够把神舟飞船准确“送到”距离天宫二号50余千米的地方——此后，它们进行自动交会对接。

控制轨道实现精确定轨

在神舟十一号与天宫二号自动交会对接的过程中，地面科技人员是如何判断变轨效果是否符合预期，怎样准确掌握飞船的轨迹并引导飞船和天宫进行交会对接的呢？

作为飞控任务接力的第一棒，北京航天飞行控制中心轨道计算主任设计师张宇的岗位是在“船箭分离”开始，快速准确计算出飞船在茫茫太空中的位置，判别其是否成功入轨。

“从飞船升入太空那一刻，我们就要进行精确定轨，知道它在哪里。”张宇说，通俗讲，精确定轨就是航天器在某一时刻的飞行轨迹，是椭圆轨道还是其他形状，什么速度，通过计算都能知道。

影响参数的变量很多。张宇介绍，要达到航天任务的精度要求，不但要考虑航天器的几何结构和实际飞行姿态，还要综合考虑空间环境的影响因素，如高层稀薄大气阻力、地磁指数等。

和以往几次发射不同，这次张宇还要算出神舟十一号和天宫二号的相对轨道关系，为之后的自动交会对接轨道控制提供决策依据，“每一次任务都有新的挑战，我们也可能会碰到各种复杂的情况，针对各种情况都要做好预案。”

在确定飞船的精确位置之后，预报岗位的科技人员就开始忙碌起来。

“我们要计算出飞船每一秒钟所处的位置。”预报岗位主岗颜华打了个比方，譬如风筝在天上飞，轨道岗位确定了当前风筝的位置，我们就能计算出，接下来的每一秒风筝会往哪里飞。

这次任务中需要攻破的一个重要难关，就是对天宫二号运行轨道进行精确预报。对此，中心提出对预报方法进行改进，建立起更为精确的预报模型和参数。张宇说：“这就好像要提前一个月进行天气预报，还必须报得准当天是阴、晴、雨、雪哪种气候。”

同时，这次交会对接任务中，还需要重新设计远导控制策略。中心轨道室主任谢剑锋告诉记者，这次神舟十一号任务中轨控比较多，在前面两天就要对飞船进行5次远距离导引，使它顺利飞到预定位置，这要求轨道控制达到很高的精度。

“航天器在太空中，它们的每一步动作，都是由地面发出指令，因此地面必须清楚了解航天器当前的状态，并对全过程的轨道控制、姿态调整等心中有数，这就要求事先进行规划和控制。”谢剑锋介绍。

“航天器在天上的每时每刻，我们都要有人值守，把它在天上什么时间干什么算出来，而且要很细致地做验证。”谢剑锋说，将数据注入给航天器是不能有任何差错的，地面随时要准备好应对的措施。

微波雷达助力完美对接

在交会对接微波雷达的精准导引下，神舟十一号飞船与天宫二号在10月19日凌晨实现完美交会对接。这是继成功助力神舟八号、九号、十号飞船与天宫一号交会对接后，交会对接微波雷达的第4次完美表现。

10月18日22时53分，交会对接微波雷达加电，完成开机自校准流程。加电数分钟后，微波雷达首次捕获目标，锁定后，全程稳定跟踪，直至交会对接任务圆满完成。

“它是一个仅有iPad2一半大小的装置，重量只有几千克，是袖珍的高科技‘小眼睛’。”交会对接微波雷达总工程师孙武介绍。作为实施交会对接任务的关键敏感器，微波雷达为交会对接提供了距离、速度、角度、角速度等信息，牵引着它们从“相遇”到“相连”，成为明亮有神的“太空之眼”。

这双“眼睛”有多厉害？在测量范围上，它上至北京五环一整圈，下至一张桌子的长度，在如此之大的跨度中，它的测距精确程度可以达到20厘米的尺张度，测角精度相当于人眼测试视力时相邻两行之间的角度，而速度测量的误差基本小于一只蚂蚁的爬行速度。

据科研人员介绍，交会对接技术是空间工程应用的一项关键技术，通过精确测量两个航天器之间的相对位置、相对速度、相对姿态及它们的变化率，实现两个航天器在空间的交会对接。交会对接微波雷达包括雷达和应答机两个分系统，在交会对接过程中，“雷达和应答机像是电话的两端，一问一答，协同工作，共同完成航天器运动参数的测量过程”。

神舟十一号发射成功

在这次任务中，天宫二号上的微波应答机为第二代新研产品，结合后续任务需求进行了小型化改进，比第一代产品更好用、更可靠。神舟十一号飞船上的微波雷达依然为第一代功勋产品，一如既往地稳定可靠。这次任务后，微波雷达也将升级为第二代产品。

相比于第一代产品，第二代产品做了三大改进。首先，第二代产品成功瘦身。第一代交会对接微波雷达产品仅有iPad2大小，而第二代产品在原基础上，体积和重量又缩小了一半，提前为后续任务做出余量，可搭载更多产品，为开展更多空间实验省了空间、减了重量，同时功耗减少到原来的2/3。

其次，沉默的眼睛可以说话。第二代产品增加了通信功能，不仅能看见，也能通话，实现了测量通信一体化功能，这意味着通过第二代产品，飞船和空间实验室之间的沟通更加及时、有效。

最后，第二代产品披上了盔甲，迎战太空中的敌军。太空中环境恶劣，充满了各种高能粒子，它们像一个个敌军士兵一般冲向微波雷达，造成微波雷达误码甚至失锁。通过新措施应对高能粒子的冲击，就好像身穿盔甲的战士，进一步提高了产品的可靠性，不惧来袭。

延伸阅读：

神舟与天宫的历次“天空之吻”

神舟八号与天宫一号

2011年11月1日，神舟八号“赴约”天宫一号，并于2天后与天宫一号完成自动交会对接，成功实施我国首次空间交会对接。组合体运行12天后，神舟八号飞船脱离天宫一号，并再次与之进行交会对接实验，这标志着我国已经成功突破了空间交会对接及组合体运行等一系列关键技术。

神舟九号与天宫一号

2012年6月16日，神舟九号载人飞船搭载着航天员景海鹏、刘旺和刘洋成功发射，6月18日转入自主控制飞行，14时左右与天宫一号实施自动交会对接，这是中国实施的首次载人空间交会对接。飞船在轨飞行十余天，共安排飞船与天宫一号进行两次交会对接，第一次为自动交会对接，第二次由航天员手动控制完成。

神舟十号与天宫一号

2013年6月，神舟十号载人飞船搭载着航天员聂海胜、张晓光和王亚平成功发射。飞船在轨飞行15天，先后与天宫一号进行一次自动交会对接和一次航天员手控交会对接。

神舟十一号和天宫二号交会对接