空间交会对接技术能够让两个高速飞行的航天器在浩瀚太空精准相遇、完美契合,被称作“太空穿针引线”。它不仅见证着中国航天技术的迭代突破,更可以为月球资源开发、星际探索、地外基地建设等未来深空事业,筑牢最坚实的技术底座。
作为载人航天、深空探测领域的三大核心技术之一,空间交会对接技术是搭建空间站、实现天地人员轮换、物资补给、大型航天器在轨组装、地外天体探测的必备能力。放眼全球,这项技术长期被少数航天强国掌握,技术壁垒高、研发难度大、安全风险高。我国航天人历经数十年潜心攻关,从无到有、从弱到强,一步步攻克各项技术难题,实现从手动控制到全自动对接、从长时间对接至快速对接、从单一对接模式到全相位多方位对接的跨越式发展。
所谓“交会”,就是飞船、探测器等追踪飞行器,在地面测控与星上自主导航系统协同加持下,经过多次精确变轨、姿态调整,逐步逼近空间站、目标轨道等目标飞行器。过程中航天器会进行多次“停泊校准”,动态修正轨道偏差,最终完成太空“精确奔赴”。
这个过程中,微波雷达正是自主感知阶段的核心主力设备,可以让两个飞行器实现精度极高、速度极快的“实时位置共享”,以厘米级精度、毫秒级更新速率,持续向飞船制导导航与控制系统传输核心参数,让高速飞行的飞行器从上千公里平稳逼近至百米、十米,最终使两个高速飞行的飞行器停靠对接在设定位置。
微波雷达由雷达和应答机两部分组成。交会对接雷达安装在载人飞船上,而三台拥有专属编号的应答机分别安装在天和核心舱上。雷达主动发射带有应答机编号的电磁波,应答机接收到“呼喊”,发出“我在这里”的应答信号,这就是目标应答机接收雷达信号,识别并应答的过程。雷达捕获跟踪应答信号,进行精确测量,并保持稳定跟踪和通信,直到飞船与核心舱相互靠近,对接成功。
“对接”是更为关键的锁合环节。当两个飞行器抵达预定位置,对接机构精准接触,通过柔性缓冲、位置校正、精准捕获、刚性锁合四大流程,消除相对速度与姿态偏差,最后实现舱体密封、结构固连。对接完成后,两个独立航天器合为一体,实现能源互通、信息互联、环境共享,两个独立的飞行体,转变为一个稳定可控的太空组合体。
如今我国成熟的全相位自主快速交会对接技术,可实现前中后360°全轨道相位自主适配,无需严苛等待轨道窗口,整个对接过程也从原来的2天,缩短到约3.5小时,货运最快2小时,大幅提升了太空任务的灵活性与时效性。
随着第二代交会对接微波雷达研制成功并投入应用,我国交会对接技术迈入新阶段。新一代微波雷达优化了探测算法,提升了抗干扰能力、探测范围大大提升、响应时延缩短。此外,新一代交会对接微波雷达还实现了测量与通信一体化升级,不仅能精准探测飞行器间运动数据,还可实现两器之间的实时信息交互、状态同步,让航天器从单纯的“相互感知”升级为“智能协同”,大幅提升对接流程的自动化、智能化水平,可适配前向、后向、径向等全相位对接模式,丰富了空间站多端口停靠、多飞行器协同在轨作业的能力。依托雷达性能的全面提升,我国实现6.5小时快速交会对接常态化应用,对接效率提升数倍,能够更好适配空间站人员轮换、常规物资补给任务。
《光明日报》