全相位全自主，揭秘天舟二号如何快速对接空间站核心舱

　　天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置，于5月30日5时01分，采用自主快速交会对接模式精准对接于天和核心舱后向端口，整个过程历时约8小时。
　　天舟二号携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等，与天和核心舱完成交会对接后，转入组合体飞行段，将按计划开展推进剂补加和空间应用项目设备测试等工作。
　　2021年5月29日，海南文昌，在中国文昌航天发射场，发射天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭已经点火起飞。（来源：人民日报）
　　对接方案：全相位、全自主
　　天舟二号与核心舱的此次交会对接是我国在轨进行的第二次快速交会对接，和2017年天舟一号与天宫二号的快速交会对接相比，此次又实现了新的技术升级。
　　相较于天舟一号，天舟二号增加了＂全相位全自主交会对接方案＂。＂全相位＂是指无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置为1/4圈、半圈，哪怕整圈，天舟二号都可以最快速度或者在规定时间点实现对接，而不用专门根据空间站的位置来选择飞船发射时间，实现全天候发射。＂全自主＂是指从飞船入轨到交会对接成功，全程不需要人工干预，由船上控制器自主规划完成。天舟一号在远距离段需要通过人工辅助把飞船引导到距离天宫二号一定的位置，然后由飞船自主完成近距离交会对接。天舟二号增加了远距离自主导引，可以利用北斗导航的位置信息来实现远距离、全自主的导航计算及其制导与控制。也就是说，以后天舟飞船对空间站的造访，过程中人只负责监视，整个交会和对接过程完全自主完成。
　　此外，天舟二号虽然是货运飞船，也装备了手控系统，以作备用方案。
　　在货运飞船与空间站交会对接的最后平移靠拢段，手控是重要的控制手段之一，具备支持空间站内航天员进行手控遥操作实现前向或后向的交会对接或撤退撤离的能力。一旦自动交会对接模式出现故障，控制系统可以转为手控遥操作模式，空间站上的航天员可以通过＂遥操作＂，以遥控的方式＂驾驶＂飞船，实现货运飞船规避空间站或安全、准确地与空间站对接。
　　手控交会对接和自动交会对接是空间交会对接系统的左右手，互为备份，是系统可靠性的重要保障。神舟载人飞船从研制之初就按照不同的逻辑分别为两套系统设计了相对独立的系统。
　　天舟二号货运飞船特效图 来源：航天科技五院
　　为保证系统整体可靠性，天舟二号的自控与手控系统间通过设计不同的信息接口实现了相互故障隔离，必要时又可以实现可靠的模式切换。在自控模式下，通过地面注入指令或航天员手控指令可以迅速转入手控遥操作模式，手控遥操作过程中也可以通过地面注入指令或航天员手控指令转入自控模式。
　　＂如果说核心舱是一套精装样板房，那么在航天员拎包入住前，货运飞船就是负责往房间里运输日常生活用品的。＂中国航天科技集团八院飞船型号分总体主任设计师杨华星介绍。
　　天舟二号飞行模式复杂，与核心舱形成组合体在轨飞行期间，飞船尾部对日可能会出现推进舱内的发动机温度环境过高的情况。为了减少太阳热流的影响，推进舱总装设计团队增加了特殊的遮光隔热装置，相当于为正推发动机撑起了一把＂遮阳伞＂。＂增加遮光装置，需要对推进舱尾部的结构、支架进行相应的更改，在有限的空间内合理布局，既要起到遮光的作用，又不能与发动机过近，以免发射阶段产生的振动让遮光装置触碰到发动机。＂八院天舟货运飞船推进舱总装主任设计师李传吟说道。为此，研制团队做了大量的仿真分析以验证新增的遮光板可以对发动机工作性能产生有效保护。＂新增遮光板后，发动机喷管处温度可大幅降低，为空间站组合体的在轨飞行控制提供了有力支撑。＂
　　天舟二号货运飞船 来源：航天科技五院
　　史上在轨时间最长、工况最复杂的交会对接
　　天舟二号货运飞船要把物资和设备送进核心舱，要实现推进剂补加，就必须在船与舱间建立起高可靠的刚性连接，这就必须依赖于八院805所抓总研制的对接机构分系统。
　　交会对接，是两个航天器（飞船、空间实验室、空间站等）在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术，是实现空间站、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。
　　我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家。自2011年11月3日对接机构首次亮相以来，我国共实施了10次空间交会对接，圆满实现了首次无人/载人交会对接，并验证了在轨补加技术，为空间站建设打下了坚实的基础。
　　为了适应天和核心舱22吨级对接目标以及未来空间站180吨的对接任务，让货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构＂温柔＂地＂吻＂上去，八院805所设计师对第一代对接机构进行升级改进，创新性地提出了可控阻尼器的控制思路，来缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量，在经过544次仿真分析和317次地面试验后，设计师充分验证阻尼器的各项功能和性能指标，使原本8吨的对接能力提升到74吨，乃至180吨，大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。
　　【记者】王诗堃 徐勉
　　【图片】来源网络
　　【作者】 王诗堃；徐勉
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