【科学·近距离(li)】

“太空穿针引线(xian)”如何(he)实现

空间交(jiao)会对(dui)接技(ji)术能够让(rang)两个高速飞行的航天器(qi)在浩瀚太(tai)空精准相(xiang)遇、完美契(qi)合，被称作“太(tai)空穿针引线”???。它不仅见证着中国航天技术的迭代突(tu)破，更可(ke)以为月球(qiu)资源开(kai)发、星际探索、地外基地建设等未来(lai)深空事业，筑牢最坚(jian)实的技术底座(zuo)???。

浩瀚太空(kong)并非静(jing)止舞台，地球轨道上(shang)的航(hang)天器(qi)每秒飞行速度接近7.9公(gong)里(li)，相当于(yu)超音速子(zi)弹的数十(shi)倍(bei)???。在广袤无(wu)垠、无任(ren)何参(can)照物的宇宙空间中，让两个独(du)立飞行的飞行器，在(zai)同一(yi)时间、同一轨(gui)道位置、以完全一致的速度(du)和姿态精准对(dui)接，难度(du)远超(chao)传统(tong)认知——这如同(tong)在万(wan)米(mi)高空，让(rang)两枚高(gao)速飞行的(de)细针，精准穿过毫(hao)米级针孔并(bing)牢牢锁合(he)，误(wu)差(cha)分(fen)毫即(ji)功(gong)亏(kui)一篑???。

作为载(zai)人航天、深空(kong)探测领(ling)域的(de)三大核(he)心技术之(zhi)一(yi)，空(kong)间交会(hui)对接技术是搭建空间站、实现(xian)天地人(ren)员(yuan)轮换、物资补给、大型航天器在轨组装、地外天体探测的必(bi)备能力???。放(fang)眼全球，这项技(ji)术长期被少数航天强(qiang)国掌握(wo)，技术壁垒高(gao)、研(yan)发难度大、安全风险高???。我(wo)国航天人历(li)经数十年(nian)潜心攻关，从(cong)无到有、从弱到(dao)强(qiang)，一步步攻克(ke)各项(xiang)技术难题，实现从手(shou)动控制到全(quan)自动对接、从长时间对(dui)接至快速对接、从单(dan)一对接(jie)模式到全相位(wei)多(duo)方位对接的跨越式发(fa)展???。

所(zuozhe)谓“交会”，就是飞船、探(tan)测器等追踪飞行器，在(zai)地(di)面测控(kong)与(yu)星上自主导(dao)航系统协(xie)同加持下(xia)，经过多次(ci)精确变轨、姿态(tai)调整(zheng)，逐步逼近空间(jian)站、目(mu)标轨(gui)道等目标飞行器(qi)???。过程中航天(tian)器(qi)会进行(xing)多(duo)次(ci)“停泊(bo)校(xiao)准”，动态修(xiu)正轨道偏差，最终(zhong)完成太空“精确奔赴”???。

这个过程中，微波雷达正是自主(zhu)感知阶段的核(he)心主力设备(bei)，可以让两个飞行器实现精(jing)度极(ji)高(gao)、速度(du)极快的“实时(shi)位置共享(xiang)”，以厘米(mi)级精度、毫(hao)秒级更新速率，持续向(xiang)飞(fei)船制导导航(hang)与控(kong)制系统传输核心参数，让(rang)高速飞(fei)行的飞行器从(cong)上千公里平稳逼近至百米(mi)、十米，最终使两个高速飞(fei)行的飞行器停靠对(dui)接在设定位置???。

微波雷(lei)达(da)由雷(lei)达(da)和应答机两部分组成(cheng)???。交会对接(jie)雷达安装(zhuang)在载人飞船上，而三(san)台拥有专(zhuan)属编号的应答机分别安装在天和核心舱上???。雷(lei)达(da)主动发射带有应答机编(bian)号(hao)的电磁波(bo)，应答(da)机接(jie)收到(dao)“呼(hu)喊”，发(fa)出“我(wo)在这里”的应答信号，这就(jiu)是目标应答机接(jie)收雷达信号(hao)，识(shi)别并应(ying)答的过程???。雷达捕获跟(gen)踪应答信号(hao)，进行精确(que)测量，并保持稳定(ding)跟踪和通(tong)信(xin)，直到飞船与核心舱相互(hu)靠近，对接(jie)成功???。

“对接(jie)”是更为关键的(de)锁合环节???。当两个飞行(xing)器抵达预定位置，对接机构精准接触(chu)，通过(guo)柔(rou)性缓冲、位置校正、精准捕获、刚性锁合(he)四大流程，消除相对速度与姿态(tai)偏差，最后实现舱体密封(feng)、结构固连???。对接(jie)完成后，两个独(du)立(li)航(hang)天器合为一体，实现(xian)能源互通、信息(xi)互联、环境共享，两(liang)个独立的飞行体，转变为(wei)一(yi)个稳定可(ke)控的太空组合体???。

如今我国成熟的全相位自主快(kuai)速(su)交会(hui)对接技术，可实现前中后360°全轨道(dao)相位自(zi)主(zhu)适配(pei)，无需严(yan)苛等待(dai)轨道窗口，整个对接过程也(ye)从原来的2天，缩(suo)短到约3.5小时，货运最(zui)快2小时，大幅(fu)提(ti)升了太空任务的(de)灵活(huo)性(xing)与(yu)时效性???。

我国交会对接(jie)技(ji)术的发展(zhan)历程，是(shi)一部(bu)自(zi)主创(chuang)新、持续突破(po)的进阶史???。2011年至2016年，神舟八(ba)号至神舟十一(yi)号执行早期对接任务，搭载(zai)的是初(chu)代交(jiao)会(hui)对接微波雷达(da)???。彼时(shi)一次完整的交会对接任务，从飞船发射入(ru)轨(gui)到(dao)最终完成缩(suo)紧对(dui)接(jie)，全程需(xu)要44小时左右，任(ren)务周期长，轨道(dao)窗口限制(zhi)严格、应急响(xiang)应能力较弱???。

随着第二(er)代交会对(dui)接微波雷达研制成功并投(tou)入应用，我国交会对接(jie)技术迈入新阶段???。新一代微波雷(lei)达优化(hua)了探测算法，提升了(le)抗干(gan)扰能力、探测范围大大(da)提(ti)升、响应时延缩(suo)短???。此外(wai)，新一代(dai)交会对接(jie)微波雷达还实现了测量与通信一体化升级，不仅能精准(zhun)探(tan)测飞行器间运动数(shu)据，还(hai)可实现两(liang)器之间的实(shi)时信(xin)息交互、状态(tai)同(tong)步，让(rang)航天器从单(dan)纯的“相互感(gan)知(zhi)”升(sheng)级(ji)为“智能协(xie)同”，大幅提升对接流程的自动化、智能(neng)化(hua)水平，可适配(pei)前(qian)向、后向(xiang)、径向等全相位对接(jie)模式，丰(feng)富(fu)了(le)空间站多(duo)端口停靠、多(duo)飞(fei)行器协(xie)同在轨作业的能力???。依托雷(lei)达性能(neng)的全面提升(sheng)，我(wo)国实现6.5小时快速(su)交(jiao)会对接常态化应用，对接(jie)效率(lu)提升数倍，能(neng)够更(geng)好(hao)适配空间(jian)站人员(yuan)轮换、常规物资补给任务(wu)???。

月球探测(ce)是(shi)一(yi)个国家综合(he)国力和科学(xue)技术水平的(de)集(ji)中体现，与近地轨道相比，月球轨道没有卫星导(dao)航(hang)等服务资源，微波雷达是(shi)月球轨(gui)道(dao)交(jiao)会对(dui)接中远距离(li)测量(liang)的唯一(yi)手段(duan)???。月(yue)球(qiu)轨道空间(jian)环(huan)境复杂，作为新(xin)的应用领域，对微波雷达的要求更高(gao)——小型(xing)化、低(di)功耗(hao)、更宽测量范围、更(geng)高测量精度、双向通信(xin)功(gong)能，每一(yi)项性(xing)能的提(ti)高和功能的增加都是难题???。我国科研团队持续(xu)攻关，终于攻克了相位(wei)干涉仪测角、大宽角度测量(liang)等多项关键(jian)技术(shu)，并将微波雷(lei)达的测量精度再次提高，实现了双向传输(shu)通信(xin)和抗“月尘”干扰能力???。同(tong)时，在此前“天舟”“天宫”交(jiao)会对接微(wei)波雷达已经实现(xian)减重(zhong)一半的基础上，进(jin)一步开展(zhan)了轻量化的改进(jin)，将产品重量又(you)减轻了4.4公斤(jin)，综合测量性能达到国际领先???。

在(zai)月(yue)球探测任务中，嫦娥五号、嫦娥六号完成月球轨道(dao)无人交(jiao)会对接，圆满实现月(yue)壤采样返回???。从近地空间站常态化运维、天地物资人员轮(lun)换，到嫦娥探月解锁月球(qiu)资源宝藏，再到未(wei)来月球资源(yuan)开发，地外空间产业(ye)生态(tai)构建，这套成熟的(de)天地(di)运输与在(zai)轨(gui)对(dui)接体系(xi)，构(gou)建了(le)我国近(jin)地(di)太空的(de)稳(wen)定运(yun)行生态(tai)???。

未来，随(sui)着(zhe)载(zai)人登月、月(yue)球基地(di)建设(she)、火星(xing)探测等重大工程稳步(bu)推(tui)进，我国交会对(dui)接技(ji)术将持续迭代(dai)升级，向着深空化(hua)、智能化、轻量化、组网化方向持续突(tu)破，服务于地月往返、深(shen)空探测(ce)、地外(wai)开(kai)发等太空探索(suo)任务???。

(作者：刘伟 张昱(yu)，分别(bie)系(xi)中国航天科工二院25所标准与档案(an)中心信息主(zhu)管，型号副主(zhu)任(ren)师)

来源：光(guang)明日报【编辑(ji):苏亦瑜(yu)】