發射升空的神舟二十三號飛船,要想把航天員送到空間站,先要過交會對接這一關。
神舟二十三號載人飛船入軌后,于5月25日2時45分,成功對接于空間站天和核心艙徑向端口,整個對接過程歷時約3.5小時。
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這次神舟二十三號任務,就有個很硬核的技術看點,神舟二十三號飛船將會采用3.5小時快速交會對接方案。這好像不是啥新聞了吧?畢竟神舟二十一號飛船也是這個方案,其實這次的看點在于對接方位的選擇。
神舟二十三號飛船,不再是采用前向對接,而是改為徑向對接方案。
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那什么是前向,什么又是徑向呢?簡單點來說,前向對接就是飛船從空間站的正前方交會對接。而徑向對接就復雜很多了,飛船相當于是要從空間站的肚子下方往上頂。比前向對接更麻煩的是,在對接的整個過程中,沒有停泊點,也就是說飛船中途沒有休息一下這個說法,必須動作一氣呵成。
并且由于采用徑向對接,艙體之間的遮擋非常厲害,遙測信號也會斷斷續續。這好像屬于沒事找事啊?既然這么難,干嘛放著簡單的正向對接不搞,非得搞徑向對接呢?
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我們先來看看空間站的現狀。
現在的中國空間站,是一個“三艙三船”造型,天和核心艙是主體,問天實驗艙和夢天實驗艙在兩側,在神舟二十三號飛船到達前,空間站共有兩艘在軌飛船,分別是神舟二十二號載人飛船、天舟十號貨運飛船。
空間站的對接端口是有限的。其中核心艙有前向、后向、徑向三個對接口,兩個實驗艙上還有兩個側向停靠口。
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現在神舟二十二號飛船,已經占據了前向端口,在這種情況下,神舟二十三號如果還用前向接口對接,那么神舟二十二號飛船就得平移靠泊,雖然這個動作也能做,但免不了一番麻煩,消耗推進劑資源不說,還得花幾小時時間。所以,最經濟的辦法,就是讓神舟二十三號直接去徑向端口對接。
所以這次徑向端口的技術展示,也是為之后空間站的常態化運營,更多飛船同時停靠,解決國際訪客來訪問題,像是神舟二十三號飛船,就已經預留了國際合作接口了。
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再說一個徑向對接的難度點。那就是神舟二十三號飛船全程沒有停泊點,并且徑向端口有信號的遮擋問題。既然這么多麻煩,為啥還是要選擇徑向停靠呢?
先說下什么叫“沒有停泊點”。以前的交會對接,不管是6.5小時還是3.5小時,通常都會在最后一程設置一個“停泊點”。大概離空間站幾公里的地方,飛船停下來,檢查一下狀態,確認一切OK再慢慢靠過去。
但這次神舟二十三號,不踩這腳剎車。整個對接過程一氣呵成,從入軌到對接,3.5小時內連續變軌、連續逼近。這對測控精度、飛船的自主決策能力要求極高。
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再說“測控遮擋”。
空間站是個大家伙,太陽能帆板像翅膀一樣展開。當飛船從下方徑向接近時,空間站本身會擋住很多信號。地面測控站看不全,中繼衛星的信號也會斷斷續續。換句話說,飛船在相當長一段時間里,要靠自己的來判斷位置、調整姿態,不能老等著地面指揮說“往左一點、往右一點”。
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如此之多的麻煩,那為啥還非要這么干?
答案很簡單:因為這是空間站運營的必備技能。
徑向對接不是炫技,是剛需。天和核心艙的徑向端口本來就是設計好的標準泊位。只有掌握了這項技術,空間站才能同時停靠兩艘載人飛船。一艘接替一艘,實現無縫輪換。
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聊完徑向對接,咱們再來看看3.5小時這個數字。
你可能不知道,中國第一次空間交會對接。2011年神舟八號和天宮一號,花了將近44個小時。那時候,飛船得繞地球飛三十多圈,一點一點調整軌道。
到了2021年,神舟十二號把時間縮短到了6.5小時。這個速度成了神舟十二號到神舟二十號的標配。
再到神舟二十一號和這次的神舟二十三號,直接干到了3.5小時。
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這3個小時是怎么省出來的?
以前6.5小時方案,飛船入軌后要繞地球飛3圈,才進入最終的對接路徑。3.5小時方案把這個砍到了2圈。光是這一項,就省了大概1.5小時。
近程導引段,也就是最后一程的起跑線,被往前挪了。原來飛船要從離空間站幾十公里的地方開始最后沖刺,現在這個距離被大大壓縮。起跑線離終點近了,時間自然短了,這塊又省了大約1.5小時。
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精度提上去。這是最核心的。以前為啥要飛那么多圈?因為火箭入軌有誤差,得花時間慢慢調整。現在長二F火箭進行了近20項改進,控制系統用上了更先進的慣導設備,能把飛船送到一個“初始相位差更小”的軌道上。
“初始相位差更小”就是飛船一入軌,就已經離空間站很近了,方向也基本對了。不用繞大圈去追,省了大把時間。
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你可能會問:天舟貨運飛船不是已經驗證過2小時快速對接了嗎?那神舟二十三號為啥不直接上2小時?未來還能更快嗎?答案是:能,但“不著急”。
2小時模式對火箭入軌精度和飛行過程中的偏差有非常嚴格的要求,萬一哪個條件沒達到,反而會弄巧成拙。對載人飛船來說,追求的是一條“持續穩定的模式”,而不是一味追求最短時間。所以3.5小時方案,是目前在“快”和“穩”之間找到的最佳平衡點。
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未來會不會有2小時、甚至1小時的載人交會對接?
技術上,完全有可能。但每一步提速,都必須建立在絕對安全的基礎上。我們不跟別人比誰更快,我們只跟自己比誰更穩、更可靠。
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