【科學·近距離】

　　“太空穿針引線”如何實現

　　空間交會對接技術能夠讓兩個高速飛行的太空航天器在浩瀚太空精準相遇、完美契合，穿針被稱作“太空穿針引線”。引線它不僅見證著中國航天技術的何實迭代突破，更可以為月球資源開發、太空星際探索、穿針地外基地建設等未來深空事業，引線築牢最堅實的何實技術底座。

　　浩瀚太空並非靜止舞台，太空地球軌道上的穿針航天器每秒飛行速度接近7.9公裏，相當於超音速子彈的引線數十倍。在廣袤無垠、何實無任何參照物的太空宇宙空間中，讓兩個獨立飛行的穿針飛行器，在同一時間、引線同一軌道位置、以完全一致的速度和姿態精準對接，難度遠超傳統認知——這如同在萬米高空，讓兩枚高速飛行的細針，精準穿過毫米級針孔並牢牢鎖合，誤差分毫即功虧一簣。

　　作為載人航天、深空探測領域的三大核心技術之一，空間交會對接技術是搭建空間站、實現天地人員輪換、物資補給、大型航天器在軌組裝、地外天體探測的必備能力。放眼全球，這項技術長期被少數航天強國掌握，技術壁壘高、研發難度大、安全風險高。我國航天人曆經數十年潛心攻關，從無到有、從弱到強，一步步攻克各項技術難題，實現從手動控製到全自動對接、從長時間對接至快速對接、從單一對接模式到全相位多方位對接的跨越式發展。

　　所謂“交會”，就是飛船、探測器等追蹤飛行器，在地麵測控與星上自主導航係統協同加持下，經過多次精確變軌、姿態調整，逐步逼近空間站、目標軌道等目標飛行器。過程中航天器會進行多次“停泊校準”，動態修正軌道偏差，最終完成太空“精確奔赴”。

　　這個過程中，微波雷達正是自主感知階段的核心主力設備，可以讓兩個飛行器實現精度極高、速度極快的“實時位置共享”，以厘米級精度、毫秒級更新速率，持續向飛船製導導航與控製係統傳輸核心參數，讓高速飛行的飛行器從上千公裏平穩逼近至百米、十米，最終使兩個高速飛行的飛行器停靠對接在設定位置。

　　微波雷達由雷達和應答機兩部分組成。交會對接雷達安裝在載人飛船上，而三台擁有專屬編號的應答機分別安裝在天和核心艙上。雷達主動發射帶有應答機編號的電磁波，應答機接收到“呼喊”，發出“我在這裏”的應答信號，這就是目標應答機接收雷達信號，識別並應答的過程。雷達捕獲跟蹤應答信號，進行精確測量，並保持穩定跟蹤和通信，直到飛船與核心艙相互靠近，對接成功。

　　“對接”是更為關鍵的鎖合環節。當兩個飛行器抵達預定位置，對接機構精準接觸，通過柔性緩衝、位置校正、精準捕獲、剛性鎖合四大流程，消除相對速度與姿態偏差，最後實現艙體密封、結構固連。對接完成後，兩個獨立航天器合為一體，實現能源互通、信息互聯、環境共享，兩個獨立的飛行體，轉變為一個穩定可控的太空組合體。

　　如今我國成熟的全相位自主快速交會對接技術，可實現前中後360°全軌道相位自主適配，無需嚴苛等待軌道窗口，整個對接過程也從原來的2天，縮短到約3.5小時，貨運最快2小時，大幅提升了太空任務的靈活性與時效性。

　　我國交會對接技術的發展曆程，是一部自主創新、持續突破的進階史。2011年至2016年，神舟八號至神舟十一號執行早期對接任務，搭載的是初代交會對接微波雷達。彼時一次完整的交會對接任務，從飛船發射入軌到最終完成縮緊對接，全程需要44小時左右，任務周期長，軌道窗口限製嚴格、應急響應能力較弱。

　　隨著第二代交會對接微波雷達研製成功並投入應用，我國交會對接技術邁入新階段。新一代微波雷達優化了探測算法，提升了抗幹擾能力、探測範圍大大提升、響應時延縮短。此外，新一代交會對接微波雷達還實現了測量與通信一體化升級，不僅能精準探測飛行器間運動數據，還可實現兩器之間的實時信息交互、狀態同步，讓航天器從單純的“相互感知”升級為“智能協同”，大幅提升對接流程的自動化、智能化水平，可適配前向、後向、徑向等全相位對接模式，豐富了空間站多端口停靠、多飛行器協同在軌作業的能力。依托雷達性能的全麵提升，我國實現6.5小時快速交會對接常態化應用，對接效率提升數倍，能夠更好適配空間站人員輪換、常規物資補給任務。

　　月球探測是一個國家綜合國力和科學技術水平的集中體現，與近地軌道相比，月球軌道沒有衛星導航等服務資源，微波雷達是月球軌道交會對接中遠距離測量的唯一手段。月球軌道空間環境複雜，作為新的應用領域，對微波雷達的要求更高——小型化、低功耗、更寬測量範圍、更高測量精度、雙向通信功能，每一項性能的提高和功能的增加都是難題。我國科研團隊持續攻關，終於攻克了相位幹涉儀測角、大寬角度測量等多項關鍵技術，並將微波雷達的測量精度再次提高，實現了雙向傳輸通信和抗“月塵”幹擾能力。同時，在此前“天舟”“天宮”交會對接微波雷達已經實現減重一半的基礎上，進一步開展了輕量化的改進，將產品重量又減輕了4.4公斤，綜合測量性能達到國際領先。

　　在月球探測任務中，嫦娥五號、嫦娥六號完成月球軌道無人交會對接，圓滿實現月壤采樣返回。從近地空間站常態化運維、天地物資人員輪換，到嫦娥探月解鎖月球資源寶藏，再到未來月球資源開發，地外空間產業生態構建，這套成熟的天地運輸與在軌對接體係，構建了我國近地太空的穩定運行生態。

　　未來，隨著載人登月、月球基地建設、火星探測等重大工程穩步推進，我國交會對接技術將持續迭代升級，向著深空化、智能化、輕量化、組網化方向持續突破，服務於地月往返、深空探測、地外開發等太空探索任務。

　　(作者：劉偉 張昱，分別係中國航天科工二院25所標準與檔案中心信息主管，型號副主任師)

　　來源：光明日報