“太空快遞小哥”已到達(dá)，天宮二號(hào)請(qǐng)簽收！于4月20日19時(shí)41分發(fā)射成功的天舟一號(hào)，經(jīng)過(guò)一天多的飛行，在昨天12時(shí)23分與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室順利完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接。這是天宮二號(hào)自2016年9月15日發(fā)射入軌以來(lái)，首次與貨運(yùn)飛船進(jìn)行的交會(huì)對(duì)接。

完美對(duì)接 不需要事先“找平”

在科技人員精確控制下，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船經(jīng)多次變軌，于22日10時(shí)02分轉(zhuǎn)入自助控制狀態(tài)，以自主導(dǎo)引控制方式向天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室逐步靠近。

經(jīng)北京航天飛行控制中心就對(duì)接準(zhǔn)備狀態(tài)進(jìn)行最終確認(rèn)，天舟一號(hào)開(kāi)始向天宮二號(hào)緩緩靠攏。12時(shí)16分，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接環(huán)接觸，在按程序順利完成一系列技術(shù)動(dòng)作后，對(duì)接機(jī)構(gòu)鎖緊，兩個(gè)飛行器建立剛性連接，形成組合體。

到昨天，天宮二號(hào)在太空飛行已經(jīng)200多天了，去年10月19日，搭載著航天員景海鵬、陳冬的神舟十一號(hào)，與天宮二號(hào)成功交會(huì)對(duì)接，形成組合體，兩位航天員在這個(gè)組合體里，整整駐留了30天，創(chuàng)造了中國(guó)航天員太空駐留時(shí)間的新紀(jì)錄。

我國(guó)首艘貨運(yùn)飛船于20日晚在海南文昌發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，開(kāi)始執(zhí)行為期5個(gè)多月的太空飛行任務(wù)。任務(wù)中，貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)將實(shí)施三次交會(huì)對(duì)接，這在我國(guó)航天歷史上還是第一次。三次交會(huì)對(duì)接主要目的是驗(yàn)證貨運(yùn)飛船的能力、繞飛至前向?qū)蛹夹g(shù)及自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)。

天舟一號(hào)的交會(huì)對(duì)接能力，比它的神舟飛船兄弟們已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，已經(jīng)具備了360度相位差的交會(huì)對(duì)接能力，不同于以往神舟飛船和天宮目標(biāo)飛行器在對(duì)接前要先費(fèi)勁找平，本次天舟一號(hào)、天宮二號(hào)在飛行軌道的任意相位差條件下均可實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。

高速飛行 “大塊頭”溫柔擁抱

如果把神舟八號(hào)載人飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)稱為第一代對(duì)接機(jī)構(gòu)，那么天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)可稱為第二代產(chǎn)品，這次是第二代的首飛。

之前天宮與神舟的交會(huì)對(duì)接被媒體比喻為“在茫茫太空中穿針引線”，此次“快遞小哥”身兼“太空加油”任務(wù)，對(duì)接精度更是提高一倍，保證不漏油。

不光要“對(duì)得上”，還要能“分得開(kāi)”。就好像筆桿和筆帽的關(guān)系，筆帽卡太緊，有可能拔不下來(lái)。萬(wàn)一出現(xiàn)這種狀況，對(duì)接機(jī)構(gòu)的分離推桿力能克服故障狀態(tài)下的力，使航天器正常分離。

此前，神舟飛船和天宮飛行器都是8噸級(jí)的航天器，二者的交會(huì)對(duì)接已經(jīng)是高難度動(dòng)作。13噸級(jí)的“大塊頭”天舟一號(hào)以子彈飛行速度的8倍在軌飛行，要盡量溫柔地“擁抱”同樣高速飛行的天宮二號(hào)，難度可想而知。

而未來(lái)空間站建設(shè)中更將涉及8至180噸航天器各種方式的交會(huì)對(duì)接，要滿足這些“重量級(jí)”要求，升級(jí)對(duì)接機(jī)構(gòu)成為必然選擇。更大型航天器的交會(huì)對(duì)接將會(huì)產(chǎn)生巨大的對(duì)接能量，對(duì)于對(duì)接機(jī)構(gòu)的緩沖耗能能力提出了很高的要求。因此，中國(guó)航天科技集團(tuán)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在第二代對(duì)接機(jī)構(gòu)上增加了用于緩沖撞擊能量的可控阻尼器，既不影響其原捕獲性能，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲后的大噸位耗能需求。

高難動(dòng)作 表演各種“太空芭蕾”

本次天舟一號(hào)新增加了星敏感器，將確保貨運(yùn)飛船交會(huì)對(duì)接過(guò)程中姿態(tài)更加精準(zhǔn)。由于貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)的配置數(shù)量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次交會(huì)對(duì)接，實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的又一次驗(yàn)證。同時(shí)，這次交會(huì)對(duì)接還有一個(gè)比較顯著的特點(diǎn)，就是新研的光學(xué)成像敏感器首次在陽(yáng)照區(qū)開(kāi)展工作，這要求敏感器等設(shè)備，在已經(jīng)非常明亮刺眼的環(huán)境下找到標(biāo)識(shí)目標(biāo)，好比人們對(duì)著陽(yáng)光看天上的景物，帶來(lái)的考驗(yàn)比之前更難，這次試驗(yàn)將檢驗(yàn)我國(guó)交會(huì)對(duì)接“全天時(shí)”工作能力。

完成第一次交會(huì)對(duì)接不久，天舟一號(hào)和天宮二號(hào)將表演各種“太空芭蕾”，天宮二號(hào)轉(zhuǎn)體180度，天舟從天宮二號(hào)下方繞飛，同時(shí)轉(zhuǎn)體180度，加速趕到天宮一號(hào)前方，最終從“前”向與天宮二號(hào)進(jìn)行了第二次交會(huì)對(duì)接。繞飛，是一種高難度的太空動(dòng)作，需要飛行器進(jìn)行多次變軌和姿態(tài)機(jī)動(dòng)來(lái)完成。

在任務(wù)末期，科研人員還特別為天舟一號(hào)安排了一次“以快制勝”的交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。同以往神舟飛船交會(huì)對(duì)接需要大約兩天時(shí)間相比，天舟一號(hào)將進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，將驗(yàn)證從入軌到交會(huì)對(duì)接成功僅需要大約6.5個(gè)小時(shí)的系列支撐技術(shù)。

一船多用 40臺(tái)設(shè)備進(jìn)行13項(xiàng)實(shí)驗(yàn)

天舟一號(hào)是一艘貨運(yùn)飛船，然而它的功能卻不僅僅局限于貨物的運(yùn)輸。此次天舟一號(hào)發(fā)射除了完成交會(huì)對(duì)接、為天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)加燃料之外，它身上還攜帶了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在太空運(yùn)行期間要進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)。

此次天舟一號(hào)上總共搭載了40臺(tái)設(shè)備，要進(jìn)行13項(xiàng)太空實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)，真正做到了一船多用。

將要在天舟一號(hào)上進(jìn)行的太空實(shí)驗(yàn)，包括新型元器件在軌驗(yàn)證，空間環(huán)境探測(cè)、力學(xué)環(huán)境測(cè)量，以及生命科學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)等涉及眾多領(lǐng)域。未來(lái)我國(guó)將要建設(shè)的空間站體積龐大，在太空運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)受到太空碎片的撞擊。

此前，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室里因?yàn)橛泻教靻T駐留，可以展開(kāi)各種各樣的太空實(shí)驗(yàn)。而這次天舟一號(hào)上并沒(méi)有航天員，并且飛船最終將隕落大海，這么種類繁多的太空實(shí)驗(yàn)到底是如何進(jìn)行的呢？設(shè)計(jì)師介紹，其實(shí)只要通過(guò)數(shù)據(jù)和影像的傳輸，科研人員在地面就可以全程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。

通過(guò)科研人員巧妙的設(shè)計(jì)，太空實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以裝在貨物艙內(nèi)部，也可以懸掛在船體外側(cè)，這樣既提高了空間利用率，也最大程度滿足了不同試驗(yàn)的需求。

此外，天舟一號(hào)還干了一件重要的事，就是建立了一套標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與飛船相連的接口。這就好比一個(gè)人有手機(jī)、平板電腦等多臺(tái)電子設(shè)備，如果它們的數(shù)據(jù)接口不相同，就需要許多的數(shù)據(jù)線，如果所有電子設(shè)備接口統(tǒng)一了，那么只需要一根線就可以統(tǒng)統(tǒng)搞定。據(jù)介紹，在此后的空間站建設(shè)中，也將借鑒此類做法。

發(fā)射

4月20日19時(shí)41分，天舟一號(hào)在海南文昌發(fā)射場(chǎng)升空。

對(duì)視

4月22日9時(shí)許，天舟一號(hào)和天宮二號(hào)捕捉到對(duì)方的身影。

接近

4月22日10時(shí)02分，天舟一號(hào)順利來(lái)到了天宮二號(hào)后下方52公里處。

靠攏

約1個(gè)小時(shí)后，天舟一號(hào)成功進(jìn)入到5公里停泊點(diǎn)。從5公里停泊點(diǎn)到400米停泊點(diǎn)，天舟一號(hào)走了40多分鐘。

對(duì)接

4月22日12時(shí)23分 天舟一號(hào)與天宮二號(hào)緊緊相連。

三次交會(huì)對(duì)接

第一次：與去年天宮二號(hào)主動(dòng)調(diào)整軌道和姿態(tài)迎接神舟十一號(hào)載人飛船交會(huì)對(duì)接不同，這次出于適應(yīng)未來(lái)空間站的需要，天舟一號(hào)要適應(yīng)天宮二號(hào)的位置進(jìn)行軌道調(diào)整。

第二次：天宮二號(hào)進(jìn)行180度轉(zhuǎn)向，天舟一號(hào)通過(guò)全自主繞飛，從下方繞飛到天宮二號(hào)前方進(jìn)行第二次交會(huì)對(duì)接。

第三次：在6.5小時(shí)內(nèi)完成兩個(gè)航天器之間的交會(huì)對(duì)接。