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对接新飞船也许这样与空间站对接

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5月8日 ， 我国新一代载人飞船试验船成功返回 。 这次飞行试验验证了飞船高速再入返回防热、控制、群伞回收及部分重复使用等多项关键技术 ， 在不久的将来 ， 它将成为我国执行空间站运营、深空探测等任务的主力军 。
除了具备高安全、模块化、可重复使用等特点 ， 新飞船未来与空间站交会对接所用的时间也将大幅缩短 。 这篇文章 ， 我们就来说说快速交会对接的那些事 。
飞船与空间站怎样对接
快速交会对接是近年来各国纷纷探索的航天技术 。 虽然这次我国新一代载人飞船试验船没有开展相关试验 ， 但早在2017年9月 ， 我国就利用天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室 ， 成功开展了自主快速交会对接试验 ， 整个过程历时约6.5小时 。
快速交会对接的核心和难点就是“快” 。 北京航天飞行控制中心副主任李剑此前向科技日报采访人员介绍 ， 按照传统对接方式 ， 载人飞船需绕地球30多圈 ， 整个对接过程要耗时2天以上 ， 货运飞船为了节省变轨所需燃料 ， 消耗时间更长 ， 往往达到3至5天 。 而采用快速交会对接技术 ， 可以把从发射到具备交会对接条件的时间缩短到几个小时 ， 飞船也只需绕地球几圈 。
目前 ， 2至3天的交会对接策略 ， 是地面向空间站运送航天员的主要方式 。 为什么要用这么长时间？中国航天科工集团二院研究员杨宇光介绍 ， 两个航天器在轨交会对接的首要基本条件 ， 是双方要处于同一轨道面 。 为了确保将飞船发射到准确的轨道面上 ， 发射窗口需要经过精确计算 ， 要等发射点随着地球自转与目标轨道面即将重合的时候点火 。 之所以要在“即将重合”时 ， 是因为火箭飞行还需要时间 ， 得打出提前量 。
“每次神舟飞船从酒泉卫星发射中心起飞 ， 大约在青岛附近上空入轨 ， 这样就正好跟‘天宫’在一个轨道面了 。 ”杨宇光说 。
我国天宫二号实验室运行在距地面约400公里高度的圆形轨道上 ， 而飞船刚入轨时 ， 是运行在一个近地点约200公里 ， 远地点约400公里的椭圆形轨道 。 此后飞船便开始追逐“天宫” ， 这个情景就像两个运动员以同样的速度在操场上跑圈 ， 但一个是沿着圆形跑道绕大圈 ， 一个是在跑道和中间草坪上绕椭圆形的内圈 。 这样一圈圈绕 ， 飞船越来越接近天宫二号 ， 当它们在轨道相交点相遇 ， 飞船经过变轨 ， 就可以与“天宫”对接了 。
“实际上过去交会对接并非一定要用两天 ， 可以让飞船快点追 ， 但通常任务都会控制在这个时间 。 ”杨宇光说 ， 其中有几方面考虑 ， 除了燃料经济性 ， 还包括航天员的空间运动病 。
空间运动病又称为空间适应综合症 ， 是空间失重环境引发的心血管功能失调、骨盐丢失、红细胞下降等生理应激反应 ， 会让人产生眩晕、疲劳、呕吐、免疫力下降等症状 。
杨宇光说 ， 空间运动病通常在进入太空6小时后出现 ， 逐渐严重 ， 大约2天后 ， 航天员适应太空环境 ， 症状也基本消失 。 这时再进行交会对接 ， 可以让航天员以较好的身体状态 ， 准备应对突发状况 。
快速交会对接好处多
如果通过快速交会对接技术 ， 在6小时以内完成交会对接 ， 则能让航天员在空间运动病症状出现之前进入空间站 。 不过杨宇光表示 ， 该技术存在不少难点 。
他说 ， 如果要在6小时内实现交会对接 ， 首先要保证飞船入轨时的位置跟空间站相隔不远 ， 才能在几圈内赶上 。 但这对发射窗口要求更高 。 相比传统对接方式每天都有一次发射窗口 ， 实施快速对接如果错过一个窗口 ， 等下一个可能需要好几天 ， 这对飞船、火箭、发射场都提出了更高要求 。
另外 ， 飞船刚入轨时 ， 轨道面与空间站多少会存在误差 。 过去有2天时间可以消除误差 ， 但快速对接留给轨道修正的时间只有6小时甚至两三个小时 ， 会给飞控系统提出更高要求 。
当然 ， 快速交会对接有很多好处 。 首先是让航天员更舒适 。 杨宇光说 ， 载人飞船舱内空间狭小 ， 吃喝拉撒睡各方面生活条件远不如空间站 。 尽量缩短航天员在飞船里的滞留时间 ， 有助于让他们减少不必要的体力、精力付出 ， 执行太空任务时更加舒适惬意 。


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