“天”“神”如期相擁，航天員到站了！

2022年6月5日17時(shí)42分，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的神舟十四號(hào)載人飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式，經(jīng)過(guò)6次變軌，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)。隨后，3名航天員順利進(jìn)駐天和核心艙。

在五院502所研制的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的操控下，此次神舟十四號(hào)造訪“天宮”，整個(gè)過(guò)程平穩(wěn)有序、快速準(zhǔn)確，整體表現(xiàn)堪稱完美。這標(biāo)志著中國(guó)“神舟”系列載人飛船在太空中第2次開(kāi)展徑向交會(huì)對(duì)接取得圓滿成功，再次驗(yàn)證了我國(guó)交會(huì)對(duì)接技術(shù)的穩(wěn)定可靠。

此次任務(wù)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”不僅十次共舞、十全十美，而且實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、更加先進(jìn)。這背后，是三代交會(huì)對(duì)接研制人員30年的不變堅(jiān)守、30年的心血凝聚。

從無(wú)到有，何其難！

1986年出臺(tái)的《高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要》（“863”計(jì)劃），明確列出了“大型運(yùn)載火箭及天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)”“載人空間站系統(tǒng)及其應(yīng)用”等航天項(xiàng)目，為中國(guó)載人航天工程的實(shí)施按下了啟動(dòng)鍵。經(jīng)過(guò)深入系統(tǒng)的論證，1992年，中央專委和中央政治局常委會(huì)先后批準(zhǔn)載人航天工程。承載著民族的希望，中國(guó)載人航天工程踏上了漫漫征途。

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)，但這在當(dāng)時(shí)對(duì)我國(guó)而言仍是一片空白。五院502所林來(lái)興研究員、王旭東研究員、孫承啟研究員、吳宏鑫院士等率先將目光投向這里，圍繞交會(huì)對(duì)接的概念和控制方法開(kāi)展了探索性的研究工作。1999年起，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502所成立了交會(huì)對(duì)接工程組，在孫承啟研究員的指導(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?！被貞洺跗诘难兄茪v程，解永春研究員如是感慨。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”，其基本方案如何設(shè)計(jì)、每階段飛行方案的設(shè)計(jì)原則、需要解決的關(guān)鍵技術(shù)、以及需求單機(jī)的技術(shù)指標(biāo)等一系列問(wèn)題都需要解決。而這些都是難啃的硬骨頭。解永春清晰地記得，當(dāng)初她和負(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)，滿滿地鋪了一地來(lái)查找規(guī)律并進(jìn)行分析的情景。

方案論證期間，除了大量調(diào)研國(guó)外技術(shù)資料外，502所還派代表去國(guó)外進(jìn)行交流學(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)，外方專家多次斥責(zé)我方問(wèn)題太“幼稚”……

面對(duì)巨大的挑戰(zhàn)，面對(duì)異樣的眼光，五院的科研人員拿出了當(dāng)年搞東方紅一號(hào)衛(wèi)星的勁頭，自力更生、白手起家。

在薪火相傳中頑強(qiáng)沖鋒

2003年，神舟五號(hào)載人飛船成功開(kāi)展我國(guó)首次載人航天任務(wù)。2005年，神舟六號(hào)載人飛船搭載2名航天員往返太空。由此，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。

按照工程規(guī)劃，我國(guó)載人航天工程的第二步任務(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)，要求“神舟”飛船要瞄準(zhǔn)國(guó)際先進(jìn)水平，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。

再難也要干。在科研人員十余年艱苦攻關(guān)的積累基礎(chǔ)上，五院502所集合精干力量，組建攻關(guān)隊(duì)伍，正式開(kāi)始我國(guó)交會(huì)對(duì)接方案的工程化實(shí)施。解永春攜胡海霞、石磊、王穎以及之后畢業(yè)陸續(xù)入職的張昊、陳長(zhǎng)青、劉濤、王敏等參與其中。圍繞交會(huì)對(duì)接技術(shù)，三代人完成了技術(shù)交棒與精神承繼。

他們只有不到6年時(shí)間，但面前的問(wèn)題多如牛毛——

交會(huì)對(duì)接用的成像敏感器的目標(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？

……

“敢啃硬骨頭，能坐冷板凳”，這支隊(duì)伍從不畏難怯戰(zhàn)。僅交會(huì)對(duì)接的工作模式與自主切換邏輯，他們就花了半年時(shí)間一遍遍繪圖，一遍遍修改，改好之后就找各位專家提意見(jiàn)，根據(jù)意見(jiàn)再一遍遍研究、一遍遍完善。

就這樣，憑借扎實(shí)的理論功底與刻苦的攻關(guān)鉆研，他們終于全面掌握了相對(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)航和控制原理等理論基礎(chǔ)，并結(jié)合我國(guó)航天器控制技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了手自一體的交會(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)日益先進(jìn)

2011年11月3日凌晨1時(shí)29分，經(jīng)歷近43小時(shí)飛行和5次變軌的神舟八號(hào)飛船與天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器成功對(duì)接，在靜謐太空中上演了一場(chǎng)屬于中國(guó)的“萬(wàn)里穿針”盛景，這標(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。

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。

但從技術(shù)發(fā)展角度看，為了減輕航天員的負(fù)擔(dān)，減少對(duì)地面站過(guò)多和過(guò)高的依賴，提高整個(gè)空間交會(huì)對(duì)接過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性，交會(huì)對(duì)接將越來(lái)越向自主快速交會(huì)對(duì)接這一方向發(fā)展。

2013年，502所開(kāi)始了自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)的研究。解永春又帶領(lǐng)交會(huì)對(duì)接團(tuán)隊(duì)成員在原有遠(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)研和論證的基礎(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，天舟貨運(yùn)飛船和神舟載人船已經(jīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了多次在軌驗(yàn)證。當(dāng)前，正在利用該技術(shù)搭建中國(guó)人自己的空間站。

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

2021年10月16日，神舟十三號(hào)載人飛船在太空首次實(shí)施徑向交會(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。

“夏日到天宮，憑欄望莫窮。”

此次神舟十四號(hào)飛船搭載3名航天員在初夏時(shí)節(jié)出征，將在天上領(lǐng)略星空浩瀚無(wú)比的同時(shí)，也將把中國(guó)的天宮越建越“大”，獲得更加豐碩的成果。

五院交會(huì)對(duì)接技術(shù)科研人員還在繼續(xù)努力，他們決心讓這項(xiàng)技術(shù)更成熟、更智能、更先進(jìn)，更有力地支撐后續(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)的順利開(kāi)展。