揭秘神舟九號手控對接

從6月16日18時37分發射升空到6月29日10時許，中國航天用約13天的時間創造了自己的多項記錄：同時把包括一名女航天員在內的3人送入太空、載人太空停留時間最長、完全掌握交會對接技術。值得一提的是，這是我國第一艘肩負載人交會對接任務的飛船。作為航天關鍵技術之一的創新和突破——空間手動對接技術，將在中國建設自己的空間站上發揮怎樣的重要作用？

手控對接，不可或缺的太空絕技

為了長期應用載人航天技術，必須建立能在宇宙中長期駐留的平臺，其中最常用的是空間站。由于空間站的結構復雜，不可能將所有設備和人員靠運載火箭一次性發射升空，必須把大型航天器分成多個模塊，逐步送上去，再通過交會對接，組成大型空間站。因此，交會對接成為空間站發射與維護的必要步驟。只有突破這項關鍵技術，才能建起真正的空間站，才能開展正常的科學實驗和設備維護。

盡管航天器操控日益自動化，但人的作用仍然是無可替代的，目前交會對接技術的發展趨勢是人控和自控結合，充分結合人控精細靈活、自控穩定可靠的優勢，提高交會對接的靈活性和成功率。以中國神舟九號任務的手控交會對接為例，自動交會對接系統將把神舟九號和天宮一號引導到接近100米左右的距離上，隨后轉入手控交會對接模式。

空間交互對接大體可分為手動和自動兩種方式。空間交會對接是指兩個航天器在空間軌道上會合并在結構上連成一個整體的技術，是實現航天站、航天飛機、太空平臺和空間運輸系統的空間裝配、回收、補給、維修、航天員交換及營救等在軌道上服務的先決條件。空間交會對接是除了載人航天器的發射并返回技術、空間出艙活動技術之外，載人航天的三大基本技術之一。

交會對接過程揭密

在實施空間交會對接的2個航天器中，一個稱目標飛行器，一般是空間站或其他的大型航天器，作為準備對接的目標，交會對接時保持穩定狀態；另一個稱追蹤飛行器，一般是地面發射的宇宙飛船、航天飛機等，交會對接時要通過變軌來追趕目標飛行器，實現兩者的交會對接。

首先由地面發射追蹤航天器，由地面控制，使它能夠按照比目標航天器稍微低一點的圓軌道運行。接著，通過霍曼變軌，使其進入與目標航天器高度基本一致的軌道，并與目標航天器建立通信關系。然后，追蹤航天器調整自己與目標航天器的相對距離和姿態，向目標航天器靠近。最后當兩個航天器的距離為零時，完成對接合攏操作，完成整個對接過程。

手控對接面臨新挑戰

開飛船要比開汽車要復雜得多，兩個航天器速度那么快，每小時2.8萬公里相當于賽車的一百多倍。對航天員要求相當高，一個是眼睛和手的協調能力，另外操作的精細性，第三心理穩定性，第四空間位置感的判斷，還有多信息的處理能力，要看儀表要看熒光屏，對他們的要求非常高。

手控交會對接試驗是神舟九號任務的核心，這是突破航天器交會對接技術的最后一步。天有不測風云，太空苛刻環境下自動設備的軟件和硬件難免出現問題，以蘇聯早期聯盟飛船為例，針式自動對接系統的故障比比皆是，航天員手控交會對接多次成為最后的保險，即使今天俄羅斯的聯盟飛船的自動對接系統相當成熟，仍保留了手控對接模式作為備份。中國要建設大型長期空間站，長期太空駐留需要更頻繁的發射和對接，手控對接技術將是自動對接可能失效時的保險，是發展載人航天必然要攻克的難關。

手動對接的目的

神舟八號與天宮一號浪漫的太空之舞實現了中國首次自動交會對接。神舟八號與天宮一號交會對接采用的是在飛船上的交會對接設備的引導下自動交會對接，而神九與天宮一號交會對接在進行自動交會對接的同時，還采用了人工手動控制方法進行，以驗證航天員人工手動控制交會對接技術，進一步驗證自動交會對接技術。這一次，神九飛船實現了與天宮一號目標飛行器的手控交會對接。

人工控制的對接系統相對于自動對接系統具有很多優勢：

[節省大量花費]自動對接是一種程序控制，響應迅速、控制精準，但是，一旦出現策略方案外的情況，自動系統就顯得“無能為力”。“在處置意外狀況的時候，人腦比電腦更可靠。航天員的觀測能力可以獲得更多的信息，及時修正交會和對接過程中的失誤與錯誤。人類的主觀能動性可以對交會對接過程中的各種突發或是異常情況做出更好的判斷，用自動控制來完成空間交會對接，雖然不需考慮人員的安全和救生問題，但需要分布很廣的地面站或中繼衛星，花費巨大。如今美國多采用手動控制，而俄羅斯仍傾向采用自動控制。這是因為俄羅斯橫跨歐亞大陸，因此可以滿足自動控制中地面站數量的要求，美國則達不到這樣的條件。而且自動交會對接，需要消耗寶貴的燃料，應對突發情況能力較弱。加入了人的因素后，可以顯著提高交會對接的成功率。

[成功的雙保險]神舟九號飛船與天宮的手動對接與自動對接互為冗余備份，在自動對接可以實施的情況下，不會用到手動對接，但是萬一自動對接失效或者主要是萬一測量系統出現故障的話無法及時排除故障，手動對接可以實現這樣的功能，相當于多了一道安全閘，我們有了雙保險了。二者互為備份，缺一不可。只有自動和人工技術都得到驗證，才是實現了完整的交會對接。

試驗堆出來的成績

手控交會對接控制的模式、控制的機構、控制的界面，是否符合人的心理和生理的特點、認知特點，前期需要開展工程學研究確定。為此，中國航天員科研訓練中心做了大量地面試驗，設計出非常多的方案來進行試驗驗證，為工程部門研制適合航天員手控交會對接要求的工程系統，提出要求。

研制手控交會對接的模擬設備，包括對現有的全任務綜合訓練模擬器的增補、改進，把手控交會對接在現有的全任務綜合訓練模擬器里體現，同時還專門研制單項的訓練模擬器，這些模擬的訓練設施，就是要逼真地反映手控交會對接的程序、方式和方法。

手控對接的弱勢

手動交會對接的航天員要經過嚴格的訓練，而缺乏訓練的航天員手控對接基本以失敗告終。航天員容易受到航天疾病影響，還有身體精神狀態的波動也會影響手控交會對接的效果。不過相對而言，航天員可以通過嚴格的訓練提高成功率，通過選擇狀態最好時進行手控對接提高可靠性，但這一過程也極為消耗航天員體力和時間以及精力，而且勞動強度很大，稍有不慎或者狀態不佳就易導致失敗。

對中國來說，成功的載人對接任務是在2020年前后建立空間站計劃的重要一步，這不僅將是其不斷增長的太空能力的最新展示，同時還將與其日益擴張的軍事和外交影響力相匹配。（編輯：楊磊）