5月8日，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船成功返回。這次飛行試驗(yàn)驗(yàn)證了飛船高速再入返回防熱、控制、群傘回收及部分重復(fù)使用等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在不久的將來(lái)，它將成為我國(guó)執(zhí)行空間站運(yùn)營(yíng)、深空探測(cè)等任務(wù)的主力軍。

除了具備高安全、模塊化、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，新飛船未來(lái)與空間站交會(huì)對(duì)接所用的時(shí)間也將大幅縮短。這篇文章，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)快速交會(huì)對(duì)接的那些事。

飛船與空間站怎樣對(duì)接

快速交會(huì)對(duì)接是近年來(lái)各國(guó)紛紛探索的航天技術(shù)。雖然這次我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船沒有開展相關(guān)試驗(yàn)，但早在2017年9月，我國(guó)就利用天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，成功開展了自主快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)約6.5小時(shí)。

快速交會(huì)對(duì)接的核心和難點(diǎn)就是“快”。北京航天飛行控制中心副主任李劍此前向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，按照傳統(tǒng)對(duì)接方式，載人飛船需繞地球30多圈，整個(gè)對(duì)接過(guò)程要耗時(shí)2天以上，貨運(yùn)飛船為了節(jié)省變軌所需燃料，消耗時(shí)間更長(zhǎng)，往往達(dá)到3至5天。而采用快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)，可以把從發(fā)射到具備交會(huì)對(duì)接條件的時(shí)間縮短到幾個(gè)小時(shí)，飛船也只需繞地球幾圈。

目前，2至3天的交會(huì)對(duì)接策略，是地面向空間站運(yùn)送航天員的主要方式。為什么要用這么長(zhǎng)時(shí)間？中國(guó)航天科工集團(tuán)二院研究員楊宇光介紹，兩個(gè)航天器在軌交會(huì)對(duì)接的首要基本條件，是雙方要處于同一軌道面。為了確保將飛船發(fā)射到準(zhǔn)確的軌道面上，發(fā)射窗口需要經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，要等發(fā)射點(diǎn)隨著地球自轉(zhuǎn)與目標(biāo)軌道面即將重合的時(shí)候點(diǎn)火。之所以要在“即將重合”時(shí)，是因?yàn)榛鸺w行還需要時(shí)間，得打出提前量。

“每次神舟飛船從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，大約在青島附近上空入軌，這樣就正好跟‘天宮’在一個(gè)軌道面了。”楊宇光說(shuō)。

我國(guó)天宮二號(hào)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行在距地面約400公里高度的圓形軌道上，而飛船剛?cè)胲墪r(shí)，是運(yùn)行在一個(gè)近地點(diǎn)約200公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)約400公里的橢圓形軌道。此后飛船便開始追逐“天宮”，這個(gè)情景就像兩個(gè)運(yùn)動(dòng)員以同樣的速度在操場(chǎng)上跑圈，但一個(gè)是沿著圓形跑道繞大圈，一個(gè)是在跑道和中間草坪上繞橢圓形的內(nèi)圈。這樣一圈圈繞，飛船越來(lái)越接近天宮二號(hào)，當(dāng)它們?cè)谲壍老嘟稽c(diǎn)相遇，飛船經(jīng)過(guò)變軌，就可以與“天宮”對(duì)接了。

“實(shí)際上過(guò)去交會(huì)對(duì)接并非一定要用兩天，可以讓飛船快點(diǎn)追，但通常任務(wù)都會(huì)控制在這個(gè)時(shí)間。”楊宇光說(shuō)，其中有幾方面考慮，除了燃料經(jīng)濟(jì)性，還包括航天員的空間運(yùn)動(dòng)病。

空間運(yùn)動(dòng)病又稱為空間適應(yīng)綜合癥，是空間失重環(huán)境引發(fā)的心血管功能失調(diào)、骨鹽丟失、紅細(xì)胞下降等生理應(yīng)激反應(yīng)，會(huì)讓人產(chǎn)生眩暈、疲勞、嘔吐、免疫力下降等癥狀。

楊宇光說(shuō)，空間運(yùn)動(dòng)病通常在進(jìn)入太空6小時(shí)后出現(xiàn)，逐漸嚴(yán)重，大約2天后，航天員適應(yīng)太空環(huán)境，癥狀也基本消失。這時(shí)再進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，可以讓航天員以較好的身體狀態(tài)，準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。

快速交會(huì)對(duì)接好處多

如果通過(guò)快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)，在6小時(shí)以內(nèi)完成交會(huì)對(duì)接，則能讓航天員在空間運(yùn)動(dòng)病癥狀出現(xiàn)之前進(jìn)入空間站。不過(guò)楊宇光表示，該技術(shù)存在不少難點(diǎn)。

他說(shuō)，如果要在6小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，首先要保證飛船入軌時(shí)的位置跟空間站相隔不遠(yuǎn)，才能在幾圈內(nèi)趕上。但這對(duì)發(fā)射窗口要求更高。相比傳統(tǒng)對(duì)接方式每天都有一次發(fā)射窗口，實(shí)施快速對(duì)接如果錯(cuò)過(guò)一個(gè)窗口，等下一個(gè)可能需要好幾天，這對(duì)飛船、火箭、發(fā)射場(chǎng)都提出了更高要求。

另外，飛船剛?cè)胲墪r(shí)，軌道面與空間站多少會(huì)存在誤差。過(guò)去有2天時(shí)間可以消除誤差，但快速對(duì)接留給軌道修正的時(shí)間只有6小時(shí)甚至兩三個(gè)小時(shí)，會(huì)給飛控系統(tǒng)提出更高要求。

當(dāng)然，快速交會(huì)對(duì)接有很多好處。首先是讓航天員更舒適。楊宇光說(shuō)，載人飛船艙內(nèi)空間狹小，吃喝拉撒睡各方面生活條件遠(yuǎn)不如空間站。盡量縮短航天員在飛船里的滯留時(shí)間，有助于讓他們減少不必要的體力、精力付出，執(zhí)行太空任務(wù)時(shí)更加舒適愜意。

從任務(wù)角度來(lái)說(shuō)，快速交會(huì)對(duì)接能使生物制劑等無(wú)法經(jīng)歷長(zhǎng)期運(yùn)輸?shù)呢浧繁M快送達(dá)空間站，這對(duì)某些試驗(yàn)至關(guān)重要。如果空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會(huì)對(duì)接有助于快速實(shí)施故障搶修與緊急救援等工作。

此外，如果任務(wù)時(shí)間拖得很長(zhǎng)，對(duì)地面測(cè)控人員來(lái)說(shuō)也有很重的負(fù)擔(dān)，縮短對(duì)接時(shí)間也可以減輕他們的壓力。（記者 付毅飛）