張國(guó)航 胡海霞 薛英民 科技日?qǐng)?bào)記者 付毅飛

“天”“神”如期相擁，航天員到站了。

2022年6月5日17時(shí)42分，由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院抓總研制的神舟十四號(hào)載人飛船經(jīng)過(guò)6次自主變軌，成功對(duì)接于天和核心艙徑向端口，整個(gè)對(duì)接過(guò)程歷時(shí)約7小時(shí)。

在五院502所研制的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)操控下，神舟十四號(hào)造訪“天宮”過(guò)程平穩(wěn)有序、快速準(zhǔn)確，整體表現(xiàn)完美。這是神舟系列載人飛船第2次在太空成功開(kāi)展徑向交會(huì)對(duì)接，再次驗(yàn)證了我國(guó)空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)的穩(wěn)定可靠。

這也是神舟系列飛船在軌執(zhí)行的第10次交會(huì)對(duì)接任務(wù)。自2011年神舟八號(hào)與天宮一號(hào)首次開(kāi)展交會(huì)對(duì)接以來(lái)，“神舟”與“天宮”十次共舞、十全十美，技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。這背后，是三代科研人員30年的不變堅(jiān)守、30年的心血凝聚。

從無(wú)到有，難！

1992年，中國(guó)載人航天工程踏上了漫漫征途?？臻g交會(huì)對(duì)接技術(shù)是發(fā)展載人航天、推進(jìn)工程任務(wù)必須突破的關(guān)鍵技術(shù)，但在當(dāng)時(shí)對(duì)我國(guó)而言是一片空白。

五院502所研究員林來(lái)興、王旭東、孫承啟，以及吳宏鑫院士等，率先圍繞交會(huì)對(duì)接概念和控制方法，開(kāi)展探索性研究工作。1999年起，工作逐漸進(jìn)入可行性論證階段，由解永春研究員擔(dān)任技術(shù)負(fù)責(zé)人。

2002年，國(guó)家交會(huì)對(duì)接任務(wù)規(guī)劃正式確立，五院在502所成立了交會(huì)對(duì)接工程組，在孫承啟的指導(dǎo)下，開(kāi)始進(jìn)行“載人運(yùn)輸飛船制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制技術(shù)”關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和可行性論證工作。

“難點(diǎn)不是不知道如何解決問(wèn)題，而是根本提不出問(wèn)題?！被貞洺跗谘兄茪v程，解永春感慨。

按照工程要求，整個(gè)交會(huì)對(duì)接過(guò)程要實(shí)現(xiàn)“看得見(jiàn)、對(duì)得上、分得開(kāi)、撤得出”，需要解決基本方案設(shè)計(jì)、各階段飛行方案設(shè)計(jì)、各相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)、需求單機(jī)的技術(shù)指標(biāo)等一系列問(wèn)題。解永春清晰地記得，當(dāng)時(shí)她和負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)仿真研究的柯旗實(shí)在無(wú)法解釋仿真中出現(xiàn)的諸多現(xiàn)象，于是將所有的仿真圖都打印出來(lái)，鋪了滿滿一地來(lái)查找、分析規(guī)律的情景。

方案論證期間，除了大量調(diào)研國(guó)外技術(shù)資料，五院還派代表去國(guó)外交流學(xué)習(xí)。交流會(huì)上，中方技術(shù)人員對(duì)交會(huì)對(duì)接工程缺乏有效認(rèn)識(shí)，多次被外方專家斥責(zé)“問(wèn)題太幼稚”……

面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，科研人員拿出了當(dāng)年搞東方紅一號(hào)衛(wèi)星的勁頭，白手起家、頑強(qiáng)拼搏。

薪火相傳，沖！

隨著神舟五號(hào)、神舟六號(hào)任務(wù)成功實(shí)施，我國(guó)突破和掌握了載人天地往返技術(shù)，成為第三個(gè)具有獨(dú)立開(kāi)展載人航天活動(dòng)能力的國(guó)家。中國(guó)載人航天工程第一步任務(wù)目標(biāo)圓滿完成。第二步任務(wù)目標(biāo)，是突破航天員出艙活動(dòng)技術(shù)、空間飛行器交會(huì)對(duì)接技術(shù)，發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。同時(shí)要瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，要求“神舟”飛船具備自動(dòng)交會(huì)對(duì)接和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接雙重能力。

2004年12月，載人航天工程第二步第一階段任務(wù)立項(xiàng)，突破交會(huì)對(duì)接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，趕超世界先進(jìn)水平，成為當(dāng)時(shí)最緊迫的任務(wù)之一。502所成立研發(fā)中心，正式開(kāi)始我國(guó)交會(huì)對(duì)接方案的工程化實(shí)施。解永春、胡海霞、石磊、王穎以及之后陸續(xù)入院的張昊、陳長(zhǎng)青、劉濤、王敏等參與其中，三代人完成了技術(shù)交棒與精神承繼。

距離任務(wù)實(shí)施只剩6年多時(shí)間，面前的問(wèn)題卻多如牛毛——

交會(huì)對(duì)接所用成像敏感器的目標(biāo)標(biāo)志器光點(diǎn)個(gè)數(shù)和布局，對(duì)成像敏感器測(cè)量精度有何影響？

僅憑圖像如何由人判斷兩個(gè)航天器的相對(duì)位置和姿態(tài)？

受條件限制，靠地面指令變軌如何在50公里以內(nèi)實(shí)現(xiàn)控制？

……

憑借扎實(shí)理論功底與刻苦攻關(guān)鉆研，科研團(tuán)隊(duì)全面掌握了相對(duì)動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、帶大型帆板的航天器撓性動(dòng)力學(xué)特性、推力器羽流特性、相對(duì)制導(dǎo)導(dǎo)航和控制原理等基礎(chǔ)理論，并結(jié)合我國(guó)航天器控制技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了手自一體交會(huì)對(duì)接制導(dǎo)導(dǎo)航控制方案和易于工程實(shí)施的算法。

技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新

2011年11月3日凌晨1時(shí)29分，神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器成功對(duì)接，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家，且技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

2012年，在神舟九號(hào)與天宮一號(hào)飛行任務(wù)中，我國(guó)首次手控交會(huì)對(duì)接任務(wù)取得圓滿成功。

為了減輕航天員負(fù)擔(dān)，減少對(duì)地面站依賴，提高交會(huì)對(duì)接過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性，自主快速交會(huì)對(duì)接成為技術(shù)發(fā)展方向。

2014年，502所開(kāi)始自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)研究。科研人員在原有遠(yuǎn)距離導(dǎo)引地面制導(dǎo)算法，以及前期遠(yuǎn)距離快速交會(huì)技術(shù)調(diào)研和論證基礎(chǔ)上，針對(duì)空間站工程批產(chǎn)化的貨運(yùn)飛船與空間站對(duì)接、載人飛船與空間站對(duì)接等任務(wù)，設(shè)計(jì)了全相位自主交會(huì)對(duì)接方案，并由天舟貨運(yùn)飛船和神舟載人船成功開(kāi)展多次在軌驗(yàn)證。

2021年6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船成功實(shí)施首次快速交會(huì)對(duì)接。

2021年10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船成功實(shí)施首次徑向交會(huì)對(duì)接。

2022年6月5日，神舟十四號(hào)載人飛船再次在太空中奉獻(xiàn)“天神無(wú)需苦等、船站快速相擁”的盛景。

目前，科研人員正在繼續(xù)努力，讓我國(guó)空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)更成熟、更智能、更先進(jìn)，為后續(xù)空間站建造及運(yùn)營(yíng)、載人登月、火星采樣返回等一系列任務(wù)提供有力支撐。

編輯：張爽

審核：岳靚