交會對接進(jìn)入新境界
除了實現(xiàn)太空加油，突破在軌補加技術(shù)之外，繼續(xù)驗證空間交會對接技術(shù)并實現(xiàn)快速交會對接技術(shù)的突破是天舟一號另一項重要使命。實際上，天舟一號作為貨運飛船，要完成給天宮二號空間實驗室在軌補加推進(jìn)劑，必須首先實現(xiàn)與后者的空間交會對接。
對于中國載人航天來說，空間交會對接已經(jīng)不是一個新鮮事物。早在2011年，神舟八號與天宮一號就成功實現(xiàn)了被稱作“太空穿針引線”的超高難度動作，一舉實現(xiàn)了在此領(lǐng)域的突破，使中國成為世界上第三個掌握空間交會對接技術(shù)的國家。之后，神舟九號、十號與天宮一號，神舟十一號與天宮二號接連進(jìn)行了多次空間交會對接，包括自動和手動兩種不同方式。然而，需要指出的是，這些空間交會對接是目前國際上傳統(tǒng)主流的方式，其特點是速度相對較慢，一般耗時2-3天。近年來，快速空間交會對接開始被采用。從2012年起，俄羅斯用這種方式，在約6個小時實現(xiàn)飛船與國際空間站的交會對接。
追求交會對接的高速、高效具有重要價值。天舟一號貨運飛船副總設(shè)計師張強說，速度快就意味著用時短，就可以大幅縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，減少其不必要的體力與精力付出。同時，快速交會對接還可保障科研用品，特別是生物制劑等無法經(jīng)歷長期運輸?shù)呢浧繁M快送達(dá)，更好滿足時效性要求?？焖俳粫釉诰o急情況下為救援搶修贏得寶貴的時間。空間站等航天器在太空運行中，如果遭遇突如其來的風(fēng)險或者故障，必須進(jìn)行緊急處置，而快速交會對接就可以助力其高效開展故障排除與緊急救援等工作。
在交會對接方面，天舟一號被賦予了重任，一方面，繼續(xù)印證傳統(tǒng)交會對接技術(shù)，另一方面開展快速交會對接試驗，實現(xiàn)新突破。天舟一號不辱使命，表現(xiàn)優(yōu)異。4月22日12時16分，天舟一號與天宮二號對接環(huán)接觸，順利完成一系列技術(shù)動作后，對接機(jī)構(gòu)鎖緊，兩個飛行器建立剛性連接，形成組合體，首次對接圓滿結(jié)束。6月19日4時55分，天舟一號在完成繞飛試驗后，與天宮二號再次交會對接成功，鞏固了航天器多方位空間交會技術(shù)。9月12日17時24分，天舟一號根據(jù)地面指令，轉(zhuǎn)入自主快速交會對接模式，經(jīng)歷“遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引”和“近距離自主控制”兩個階段實施，在相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的精準(zhǔn)控制下，完成與天宮二號交會，整個過程歷時約6.5小時，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。中國空間交會對接進(jìn)入“6.5小時”新境界。
星際鏈路支撐天基測控
無論是實現(xiàn)“太空加油”，還是快速空間交會對接技術(shù)突破，天舟一號令人驚艷的表現(xiàn)背后是精準(zhǔn)測控技術(shù)。值得注意的是，與以往載人航天任務(wù)實施不同，天舟一號測控實現(xiàn)了歷史性飛躍，是第一次以天基測控體制為主進(jìn)行的飛行控制。
航天測控系統(tǒng)是指對運行中的航天器進(jìn)行跟蹤、測量和控制的大型電子系統(tǒng)，其對于航天任務(wù)實施的重要性不言而喻。就此，天舟一號貨運飛船測控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計師朱珂打了個比方。他說，如果把航天器比作飛在太空的風(fēng)箏，那么測控系統(tǒng)就像是掌控著這根連接風(fēng)箏和地面的線。以往，中國的航天測控主要依賴陸基測控站和海基測量船進(jìn)行，這不僅需要耗費大量人力物力建造、維護(hù)地面測控站和海上測量船，而且相關(guān)人員還要奔波在各個站點之間開展相關(guān)試驗，效率較低。同時，還要受到跨國、跨境等地域限制，測控覆蓋范圍相對較小。
天舟一號首次采用了以“天基測控”體制為主的測控方式，也就是說，其測控不再主要依賴傳統(tǒng)的陸基和?；绞剑翘旎鶞y控為主體，再輔之以傳統(tǒng)方式。而所謂“天基測控”，朱珂介紹說，就是通過中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)與地面的測控通信。
然而，實現(xiàn)測控方式的飛躍并不容易，不僅天舟一號自身要裝備相關(guān)終端設(shè)備，而且要借助中繼衛(wèi)星建立星間鏈路。實際上，中繼衛(wèi)星是天基測控的基石。從2008年開始，中國致力于打造屬于自己的中繼衛(wèi)星。當(dāng)年4月，中繼衛(wèi)星天鏈一號首顆星發(fā)射入軌，中國航天器開始擁有天上數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”。在此后約8年間，中國接連又發(fā)射了3顆“天鏈一號”星，這樣由天鏈一號4顆星實現(xiàn)全球組網(wǎng)運行。天舟一號發(fā)射成功后，其中繼終端在第一時間開機(jī)，與中繼衛(wèi)星實現(xiàn)“太空握手”，建立星間鏈路。借助天鏈一號中繼衛(wèi)星，天基為主的測控通信體系構(gòu)筑完成，實現(xiàn)天舟一號與天宮二號交會對接、推進(jìn)劑補加等關(guān)鍵事件的全程跟蹤測控，既方便了對在軌設(shè)備狀態(tài)的及時監(jiān)測，又減少了對陸地測控站和海洋測量船的依賴，這為中國后續(xù)空間站的長期運行開創(chuàng)了經(jīng)濟(jì)高效的道路。
在朱珂看來，星際鏈路不僅提高了航天測控的覆蓋率，提高了效率，而且還大大提高了航天器通信速度。他通過數(shù)據(jù)對比，認(rèn)為可以把遙測速度提高至原來的5倍。這樣，更有利于對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，更全面地掌握航天器的工作狀態(tài)。通信速度提高最直觀的表現(xiàn)就是太空寬帶的應(yīng)用。人們還記得，2016年的天宮二號與神舟十一號飛行任務(wù)中，航天員在太空生活里即時觀看《新聞聯(lián)播》，收發(fā)郵件，與家人視頻通話，這些就得益于天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。
天舟一號為中國空間站研制建設(shè)和運營管理積累了重要經(jīng)驗。如今，它已圓滿完成“快遞”任務(wù)，光榮謝幕。
來源：http://www.chinanews.com/gn/2017/09-23/8338276.shtml
