行家小课堂丨飞船奔赴空间站时，为什么“走走停停”？

【蜂耘网 航空航天】两个航天器于同一时间、在轨道同一位置、以相同速度和姿态会合并在结构上连为一个整体，被称为交会对接。这是建设中国空间站的关键技术，是实现“1+1=1”的前提，也是航天器在轨运行中最复杂的技术之一。空间上，交会对接所包含的元素远远超越对接航天器本身；时间上，它是由多个动态步骤依次构建的过程。本文聚焦“交会”阶段，解答你的疑惑！

一、飞船奔赴空间站时，为什么“走走停停”？

空间站沿圆轨道飞行。飞船追踪过程中，若通过变轨达到空间站同轨道高度的圆轨道上，则两飞行器相对距离和速度保持不变，飞船相对于空间站来说就“停泊”了。这样的“停泊”是由轨道规律保证的，即被动安全，只要不做动作，就没有相撞风险。交会对接飞行过程中设置停泊点是必要的，主要用于以下操作或场景。

01 切换相对测量敏感器

飞船从数百公里追踪至对接，很难由一套设备从头测到底。因此，与空间站相对距离不变且安全的停泊点，是进行不同测量距离的设备切换的最佳位置，即停下来换装备。

02 故障处置

敏感器等典型故障，即可在停泊点等待处置。实际上，有些交会方案将停泊点作为全系统状态检查的点，确认一切正常才放行，即停下来检查。

03 对接时间调整

如轨控执行有误差，则飞行时间与预计也会有偏差，设置停泊点可以“吃掉”此前的飞行时间误差，以保证后续步骤按预定时间计划执行，即停下来纠偏。对于有对接段测控可见等时间约束的交会方案来说，这一调整能力是非常重要的。

04 解决光学敏感器受阳光干扰的问题

通俗地说就是阳光晃眼时在停泊点等待，太阳转过去了再走。停泊点可以设置在空间站的后方，也可以在其前方。从后向停泊点继续接近空间站，需要略降轨，追近后再升轨、停泊。从前向接近则是先升轨，等待空间站靠近后再降轨停泊，正反向分别重复这一过程，直至进入平移靠拢阶段。

二、高精度自动控制条件下，为什么还要手动交会？

交会有自动与手动两种模式。整个交会飞行建立于轨道计算的基础上。只有到了平移靠拢阶段，航天器的相对运动符合航天员的直接观察、位姿感觉以及操控习惯，“人在回路”即人在控制过程中的参与才能实现。事实上，为了确保安全，即便在这一阶段，正常情况下工程也会利用自动控制系统保持飞行器的基本姿态，航天员只需在此基础上进行平移控制和姿态调整。

但手动，也就是人控交会模式的一大优势是控制精度好，这源自人眼精准的立体视觉和人脑-手指精细的操控能力——航天员经过训练后，可以达到极高的观测和控制精度。在早期的交会对接技术验证时代，受限于当时测量敏感器、控制计算机等设备的技术水平，自控不如人控精度高。苏联曾经在试验新型对接机构时，专门以人控方式完成最后的交会对接操作，以获得更优的控制精度。

当代的自动控制精度足够高且稳定，但人控仍然作为一种冗余手段保留了下来。这是因为机器无法替代人在现场的临机处置能力。两个飞行器非常接近时若发生异常，地面干预的实时性比不上现场的航天员，并且航天员可以进行综合情况的判断和处置，更有利于保证安全。正是基于这一优势，联盟T-13航天员靠手控操作实现了与失控的礼炮-7空间站交会对接，进而维修恢复了空间站。

三、从两天到6.5小时，快速交会是怎样实现的？

2021年6月17日，神舟十二号载人飞船与天和核心舱形成组合体，交会对接全程时长从过去我国载人飞船通常需要的两天左右缩短至6.5h。

交会过程快，就是要在尽可能少的飞行圈次内，在很少的几个轨道特征点上完成所需的交会变轨。因此，规划的变轨次数少、轨控之间的间隔短，才能有效缩短交会时间，这又对其他条件提出了要求。

01 空间站调相及轨道外推预测精度高，交会飞行的初始条件偏差小。

02 火箭入轨精度高。由于需要调整修正的量小，不必规划太多的轨控次数。

03 测定轨实时精确。在北斗全球导航系统的支撑下，此条件已实现。

04 实时轨控规划与计算精准。在北斗全球导航系统提供实时精准测定轨的前提下，要么飞船的船载计算机运算能力足够高，能够自主进行规划和轨控；要么地面注入轨控参数时段宽裕，注入时刻不构成约束。

05 轨控精度足够高，不会产生新的偏差项，且偏差足够小，不超过规划的调整能力。因此，快速交会的实现是由空间站（合作目标）、运载火箭、飞船（追踪飞行器）、地面、导航与中继卫星等构成的大系统整体能力提升与协同保障的结果。

下期内容，带你了解飞船对接空间站时，如何做到“稳稳停靠”！

参考文献

[1]王翔.大器厚成：中国空间站的交会对接[J].航天器工程,2024,33(S1):15-24.

（蜂耘航空航天网 责任编辑：李莲花）