5月8日，我國新一代載人飛船試驗船成功返回。這次飛行試驗驗證了飛船高速再入返回防熱、控制、群傘回收及部分重復(fù)使用等多項關(guān)鍵技術(shù)，在不久的將來，它將成為我國執(zhí)行空間站運(yùn)營、深空探測等任務(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)，新飛船未來與空間站交會對接所用的時間也將大幅縮短。這篇文章，我們就來說說快速交會對接的那些事。

飛船與空間站怎樣對接

快速交會對接是近年來各國紛紛探索的航天技術(shù)。雖然這次我國新一代載人飛船試驗船沒有開展相關(guān)試驗，但早在2017年9月，我國就利用天舟一號貨運(yùn)飛船與天宮二號空間實(shí)驗室，成功開展了自主快速交會對接試驗，整個過程歷時約6.5小時。

快速交會對接的核心和難點(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報記者介紹，按照傳統(tǒng)對接方式，載人飛船需繞地球30多圈，整個對接過程要耗時2天以上，貨運(yùn)飛船為了節(jié)省變軌所需燃料，消耗時間更長，往往達(dá)到3至5天。而采用快速交會對接技術(shù)，可以把從發(fā)射到具備交會對接條件的時間縮短到幾個小時，飛船也只需繞地球幾圈。

目前，2至3天的交會對接策略，是地面向空間站運(yùn)送航天員的主要方式。為什么要用這么長時間?中國航天科工集團(tuán)二院研究員楊宇光介紹，兩個航天器在軌交會對接的首要基本條件，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)過精確計算，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候點(diǎn)火。之所以要在“即將重合”時，是因為火箭飛行還需要時間，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’在一個軌道面了。”楊宇光說。

我國天宮二號實(shí)驗室運(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，是運(yùn)行在一個近地點(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”，這個情景就像兩個運(yùn)動員以同樣的速度在操場上跑圈，但一個是沿著圓形跑道繞大圈，一個是在跑道和中間草坪上繞橢圓形的內(nèi)圈。這樣一圈圈繞，飛船越來越接近天宮二號，當(dāng)它們在軌道相交點(diǎn)相遇，飛船經(jīng)過變軌，就可以與“天宮”對接了。

“實(shí)際上過去交會對接并非一定要用兩天，可以讓飛船快點(diǎn)追，但通常任務(wù)都會控制在這個時間。”楊宇光說，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)動病。

空間運(yùn)動病又稱為空間適應(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)，會讓人產(chǎn)生眩暈、疲勞、嘔吐、免疫力下降等癥狀。

楊宇光說，空間運(yùn)動病通常在進(jìn)入太空6小時后出現(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。這時再進(jìn)行交會對接，可以讓航天員以較好的身體狀態(tài)，準(zhǔn)備應(yīng)對突發(fā)狀況。

快速交會對接好處多

如果通過快速交會對接技術(shù)，在6小時以內(nèi)完成交會對接，則能讓航天員在空間運(yùn)動病癥狀出現(xiàn)之前進(jìn)入空間站。不過楊宇光表示，該技術(shù)存在不少難點(diǎn)。

他說，如果要在6小時內(nèi)實(shí)現(xiàn)交會對接，首先要保證飛船入軌時的位置跟空間站相隔不遠(yuǎn)，才能在幾圈內(nèi)趕上。但這對發(fā)射窗口要求更高。相比傳統(tǒng)對接方式每天都有一次發(fā)射窗口，實(shí)施快速對接如果錯過一個窗口，等下一個可能需要好幾天，這對飛船、火箭、發(fā)射場都提出了更高要求。

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

當(dāng)然，快速交會對接有很多好處。首先是讓航天員更舒適。楊宇光說，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)時更加舒適愜意。

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

此外，如果任務(wù)時間拖得很長，對地面測控人員來說也有很重的負(fù)擔(dān)，縮短對接時間也可以減輕他們的壓力。