【科学·近距离】

　　“太空穿针引线”如何实现

　　空间交会对接技术能够让两个高速飞行的太空航天器在浩瀚太空精准相遇 、完美契合，穿针被称作“太空穿针引线”
。引线它不仅见证着中国航天技术的何实迭代突破 ，更可以为月球资源开发 、太空星际探索 、穿针地外基地建设等未来深空事业
，引线筑牢最坚实的何实技术底座
。

　　浩瀚太空并非静止舞台，太空地球轨道上的穿针航天器每秒飞行速度接近7.9公里，相当于超音速子弹的引线数十倍。在广袤无垠、何实无任何参照物的太空宇宙空间中
 ，让两个独立飞行的穿针飞行器 ，在同一时间 、引线同一轨道位置、以完全一致的速度和姿态精准对接，难度远超传统认知——这如同在万米高空 ，让两枚高速飞行的细针 ，精准穿过毫米级针孔并牢牢锁合，误差分毫即功亏一篑。

　　作为载人航天
 、深空探测领域的三大核心技术之一，空间交会对接技术是搭建空间站
、实现天地人员轮换 、物资补给、大型航天器在轨组装 、地外天体探测的必备能力。放眼全球，这项技术长期被少数航天强国掌握 ，技术壁垒高、研发难度大
、安全风险高 。我国航天人历经数十年潜心攻关，从无到有、从弱到强
，一步步攻克各项技术难题，实现从手动控制到全自动对接、从长时间对接至快速对接 、从单一对接模式到全相位多方位对接的跨越式发展。

　　所谓“交会”  ，就是飞船  、探测器等追踪飞行器，在地面测控与星上自主导航系统协同加持下 ，经过多次精确变轨
、姿态调整，逐步逼近空间站 、目标轨道等目标飞行器。过程中航天器会进行多次“停泊校准”，动态修正轨道偏差 ，最终完成太空“精确奔赴”。

　　这个过程中 ，微波雷达正是自主感知阶段的核心主力设备，可以让两个飞行器实现精度极高、速度极快的“实时位置共享”，以厘米级精度、毫秒级更新速率 ，持续向飞船制导导航与控制系统传输核心参数，让高速飞行的飞行器从上千公里平稳逼近至百米 、十米，最终使两个高速飞行的飞行器停靠对接在设定位置
。

　　微波雷达由雷达和应答机两部分组成
。交会对接雷达安装在载人飞船上，而三台拥有专属编号的应答机分别安装在天和核心舱上。雷达主动发射带有应答机编号的电磁波，应答机接收到“呼喊”，发出“我在这里”的应答信号
，这就是目标应答机接收雷达信号 ，识别并应答的过程。雷达捕获跟踪应答信号，进行精确测量，并保持稳定跟踪和通信 ，直到飞船与核心舱相互靠近，对接成功 。

　　“对接”是更为关键的锁合环节。当两个飞行器抵达预定位置，对接机构精准接触
，通过柔性缓冲、位置校正 、精准捕获、刚性锁合四大流程 ，消除相对速度与姿态偏差，最后实现舱体密封、结构固连。对接完成后 ，两个独立航天器合为一体  ，实现能源互通
、信息互联、环境共享，两个独立的飞行体，转变为一个稳定可控的太空组合体
。

　　如今我国成熟的全相位自主快速交会对接技术，可实现前中后360°全轨道相位自主适配，无需严苛等待轨道窗口 ，整个对接过程也从原来的2天，缩短到约3.5小时
，货运最快2小时，大幅提升了太空任务的灵活性与时效性。

　　我国交会对接技术的发展历程
，是一部自主创新 、持续突破的进阶史 。2011年至2016年，神舟八号至神舟十一号执行早期对接任务
，搭载的是初代交会对接微波雷达
。彼时一次完整的交会对接任务，从飞船发射入轨到最终完成缩紧对接 ，全程需要44小时左右，任务周期长，轨道窗口限制严格、应急响应能力较弱 。

　　随着第二代交会对接微波雷达研制成功并投入应用，我国交会对接技术迈入新阶段。新一代微波雷达优化了探测算法，提升了抗干扰能力  、探测范围大大提升、响应时延缩短
。此外，新一代交会对接微波雷达还实现了测量与通信一体化升级，不仅能精准探测飞行器间运动数据，还可实现两器之间的实时信息交互、状态同步 
，让航天器从单纯的“相互感知”升级为“智能协同”，大幅提升对接流程的自动化 、智能化水平
，可适配前向、后向 、径向等全相位对接模式，丰富了空间站多端口停靠
、多飞行器协同在轨作业的能力。依托雷达性能的全面提升，我国实现6.5小时快速交会对接常态化应用，对接效率提升数倍，能够更好适配空间站人员轮换、常规物资补给任务。

　　月球探测是一个国家综合国力和科学技术水平的集中体现
，与近地轨道相比 ，月球轨道没有卫星导航等服务资源，微波雷达是月球轨道交会对接中远距离测量的唯一手段。月球轨道空间环境复杂，作为新的应用领域，对微波雷达的要求更高——小型化、低功耗 、更宽测量范围、更高测量精度
、双向通信功能 ，每一项性能的提高和功能的增加都是难题 。我国科研团队持续攻关 ，终于攻克了相位干涉仪测角 、大宽角度测量等多项关键技术 ，并将微波雷达的测量精度再次提高 ，实现了双向传输通信和抗“月尘”干扰能力 。同时 ，在此前“天舟”“天宫”交会对接微波雷达已经实现减重一半的基础上 ，进一步开展了轻量化的改进，将产品重量又减轻了4.4公斤，综合测量性能达到国际领先。

　　在月球探测任务中，嫦娥五号、嫦娥六号完成月球轨道无人交会对接，圆满实现月壤采样返回 。从近地空间站常态化运维、天地物资人员轮换，到嫦娥探月解锁月球资源宝藏
，再到未来月球资源开发
，地外空间产业生态构建，这套成熟的天地运输与在轨对接体系，构建了我国近地太空的稳定运行生态 。

　　未来，随着载人登月、月球基地建设
、火星探测等重大工程稳步推进，我国交会对接技术将持续迭代升级，向着深空化、智能化 、轻量化 、组网化方向持续突破，服务于地月往返  、深空探测、地外开发等太空探索任务 。

　　(作者：刘伟 张昱，分别系中国航天科工二院25所标准与档案中心信息主管，型号副主任师)

　　来源
：光明日报

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