一場(chǎng)“芭蕾秀”在離地近400公里的太空上演了，“舞者”是重達(dá)數(shù)噸的鋼鐵巨物，名字同樣如雷貫耳——中國(guó)首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)。
6月19日，太空運(yùn)行60天后，天舟一號(hào)再次迎來(lái)大考，它要與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室一起，完成繞飛和第二次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。這場(chǎng)專(zhuān)門(mén)為飛船自動(dòng)尋找空間站對(duì)接口而進(jìn)行的飛行試驗(yàn)，對(duì)整個(gè)空間站建設(shè)意義重大。
“自主”起舞
9點(diǎn)37分，在地面決策指導(dǎo)下，天舟一號(hào)繞飛試驗(yàn)開(kāi)始實(shí)施。地面首先發(fā)送分離指令，天宮二號(hào)?？兀瑢?duì)接機(jī)構(gòu)解鎖，兩大航天器分離。這是大約兩個(gè)月前，天舟一號(hào)和天舟二號(hào)完成首次交會(huì)對(duì)接后，兩大航天器的第一次分離。
天舟一號(hào)按程序逐步撤退至后向5000米，并保持約90分鐘。地面確認(rèn)航天器狀態(tài)正常后發(fā)令，天舟一號(hào)開(kāi)始繞飛，從后向5000米繞飛至天宮二號(hào)前向5000米。在此期間，天舟一號(hào)完成偏航180°轉(zhuǎn)倒飛，天宮二號(hào)完成偏航180°轉(zhuǎn)正飛。
與神舟十號(hào)載人飛船在地面人員支持下進(jìn)行的繞飛不同，這次繞飛被稱(chēng)為“全自主繞飛”，這也意味著在整個(gè)過(guò)程中人為干預(yù)的部分大大減少。
“如果把神舟十號(hào)的繞飛比作是‘領(lǐng)著’小朋友學(xué)走路，那么此次貨運(yùn)飛船的繞飛則是‘看著’小朋友自己走路。”中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院502所貨運(yùn)飛船副總設(shè)計(jì)師張強(qiáng)說(shuō)。
繞飛過(guò)程中，制導(dǎo)、調(diào)姿及進(jìn)入5公里保持點(diǎn)，均是船上軟件自主規(guī)劃完成?！爱?dāng)繞飛指令發(fā)出，飛船上制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)便開(kāi)始自主規(guī)劃繞飛軌跡，自主進(jìn)行變軌控制，自動(dòng)進(jìn)行姿態(tài)行動(dòng)，不需要地面人員干預(yù)，可謂‘聰明’和‘自立’了很多?！睆垙?qiáng)介紹。
事實(shí)上，貨運(yùn)飛船的這種“自主”行為，不僅大大減輕了地面支持人員的工作強(qiáng)度，更重要的是，它可以讓自主繞飛在測(cè)控區(qū)外實(shí)現(xiàn)。
“一級(jí)”保障
空間繞飛，精彩但暗含巨大風(fēng)險(xiǎn)。試想，在離人類(lèi)將近400公里的深空，兩個(gè)重達(dá)十幾噸的飛行器以每小時(shí)29萬(wàn)公里的速度飛行，同時(shí)，他們還要完成“上下繞圈”和“翻跟斗”等“驚險(xiǎn)”動(dòng)作。談何容易？
其中，最大的風(fēng)險(xiǎn)就是碰撞。為了避免碰撞，一方面，必須要求兩大航天器的軌跡和姿態(tài)始終處于精準(zhǔn)受控范圍內(nèi)。
為此，工程師必須事先為飛行器規(guī)劃出最優(yōu)的繞飛軌跡，使其自主完成在特定位置的變軌控制，并嚴(yán)格在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)到達(dá)預(yù)定的位置。同時(shí)，飛船還要根據(jù)目標(biāo)飛行器的狀態(tài)進(jìn)行協(xié)同控制，包括相對(duì)位置、相對(duì)速度、相對(duì)姿態(tài)、相對(duì)角速度等，所有因素都必須“完美”。
另一方面，為了避免碰撞，必須要求對(duì)接機(jī)構(gòu)的品質(zhì)達(dá)到“一級(jí)棒”。對(duì)接機(jī)構(gòu)是空間站的一個(gè)關(guān)鍵部件，沒(méi)有它，空間站建設(shè)和維持、航天員的定期接替、天地往返運(yùn)輸服務(wù)，都將無(wú)從談起。
經(jīng)過(guò)22年的歷練，我國(guó)對(duì)接機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐漸成長(zhǎng)為支持空間站建設(shè)的“棟梁之材”。為了確保此次對(duì)接任務(wù)順利完成，八院為原有產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)。
“對(duì)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)要覆蓋空間站階段8噸到180噸各種大噸位和各種偏心對(duì)接情況。執(zhí)行此次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的對(duì)接機(jī)構(gòu)有118個(gè)傳感器、5個(gè)控制器、上千個(gè)齒輪軸承、18個(gè)電機(jī)和電磁拖動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零件和緊固件。”八院805所對(duì)接結(jié)構(gòu)主任設(shè)計(jì)師邱華勇如數(shù)家珍。
繞飛試驗(yàn)在航天人的保障下順利完成?！白灾鳌北澈?，是超高級(jí)別的可靠性和安全性，超高質(zhì)量的航天產(chǎn)品和智慧軟件，世界范圍內(nèi)，又有哪一臺(tái)芭蕾秀，有如此強(qiáng)大的“后臺(tái)”呢？
“主動(dòng)”找你
繞飛試驗(yàn)后，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)開(kāi)始第二次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。天舟一號(hào)離開(kāi)前向5000米停泊點(diǎn)，逐步接近至前向30米，之后嘗試與天宮二號(hào)對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行接觸。
14點(diǎn)55分，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船順利完成與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室的繞飛和第二次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。
如今，我國(guó)已經(jīng)從“空間實(shí)驗(yàn)室”時(shí)代正式邁入“空間站“時(shí)代。不久的將來(lái)，空間站重量將達(dá)到百?lài)嵓?jí)。當(dāng)有飛船造訪時(shí)，面對(duì)如此龐然大物，只能主動(dòng)而禮貌地對(duì)著它說(shuō)：“你別動(dòng)，我去找你！”
全自主繞飛，就是保障這項(xiàng)任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。