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2025年7月15日，天舟九號貨運飛船在發(fā)射約3小時后，與中國空間站后向?qū)涌诰珳?zhǔn)完成交會對接，為航天員送達物資。這一交會對接模式，已成為天舟系列任務(wù)的常規(guī)操作模式。

空間交會對接技術(shù)是載人航天、深空探測等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，因空間距離跨度大、控制精度要求高，被形象地喻為“萬里穿針”。長期以來，航天強國均對其核心技術(shù)實施嚴密封鎖。

經(jīng)過三十載艱苦攻關(guān)，中國航天科技集團五院502所空間交會對接自主控制創(chuàng)新團隊將我國自主完成“萬里穿針”的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實，使中國交會對接技術(shù)躋身世界前列，保障了載人航天、月球探測等國家重大工程任務(wù)順利實施。

從無到有，打破技術(shù)封鎖

上世紀80年代，隨著國家863計劃為中國載人航天工程按下啟動鍵，502所老一輩專家敏銳捕捉到空間交會對接技術(shù)的戰(zhàn)略價值。

在毫無基礎(chǔ)的情況下，我國自動化技術(shù)奠基者之一楊嘉墀院士在黑板上鄭重寫下“空間智能自主控制”幾個大字，錨定攻關(guān)方向。我國著名控制理論與控制工程專家吳宏鑫院士則帶領(lǐng)科研人員，用草紙和算盤逐行推導(dǎo)全系數(shù)自適應(yīng)控制理論，在簡陋的實驗室里開展技術(shù)攻堅。

上世紀末，中國航天科技集團的解永春接過了攻關(guān)接力棒，理論與工程應(yīng)用的銜接成為她和團隊面臨的首要挑戰(zhàn)。

“難點不是不知如何解題，而是連問題都無法精準(zhǔn)提出?！苯庥来夯貞浿兄瞥跗诘钠D辛，“我們只能一步步踏踏實實做，核心目標(biāo)就是兩個字——創(chuàng)新！”

起初，團隊也試圖參考國外所用方程，發(fā)現(xiàn)其復(fù)雜難懂。“它的坐標(biāo)系定義和咱們都不一樣，看著就費勁。”解永春覺得，與其花大把時間去研究別人的成果，還不如從頭弄一套自己的理論。

她帶著團隊從基本動力學(xué)方程開始推導(dǎo)，從圓軌道到橢圓軌道一點點算，又將老一輩專家的軌道動力學(xué)和相對運動動力學(xué)成果融合進去，成功解決了遠距離導(dǎo)引的基礎(chǔ)問題。為攻克光學(xué)敏感器測量精度難題，團隊連續(xù)3個月駐守實驗室，反復(fù)調(diào)試參數(shù)；為突破相對位置和姿態(tài)確定技術(shù)，他們繪制的工程圖紙堆滿整間辦公室，累計推導(dǎo)公式超萬條……

一次地面仿真試驗中，飛船姿態(tài)控制突發(fā)振蕩。此時，距離神舟八號飛船與天宮一號目標(biāo)飛行器首次自動交會對接任務(wù)實施僅剩3天。

關(guān)鍵時刻，解永春在老師吳宏鑫院士的鼓勵下，將自己博士論文中的“黃金分割系數(shù)”理論應(yīng)用到飛船控制參數(shù)設(shè)計上，帶領(lǐng)團隊連續(xù)72小時不間斷驗證優(yōu)化，成功化解了危機。

2011年11月3日凌晨1時29分，神舟八號在發(fā)射升空后用時不到44小時，與天宮一號成功“牽手”，我國首次實現(xiàn)空間自動交會對接，技術(shù)上取得了從無到有的重大突破。

從慢到快，實現(xiàn)自我超越

談及首次自動交會對接任務(wù)，中國航天科技集團胡海霞至今仍記憶猶新。在那次任務(wù)中，她的主要工作是在交會對接過程中根據(jù)飛行情況向航天器注入指令?！斑@是飛控全程最緊張的環(huán)節(jié)之一，不能出半點差錯?！彼f。

在隨后的2年時間里，我國又相繼發(fā)射神舟九號和神舟十號飛船，與天宮一號開展多次自動與手控交會對接，全面驗證了空間交會對接技術(shù)。

但在同期，俄羅斯相繼實現(xiàn)貨運飛船、載人飛船與國際空間站6小時快速交會對接。

“我們不能止步于現(xiàn)有成果，必須持續(xù)創(chuàng)新突破！”面對國外技術(shù)的迅猛發(fā)展和我國的空間站建設(shè)需要，神舟十號交會對接任務(wù)圓滿完成后，解永春在會上提出了新的想法。團隊迅速投入到以全自主、快速為核心特征的新技術(shù)研究中。

傳統(tǒng)技術(shù)途徑中，實現(xiàn)交會對接必須依賴地面遙測遙控的復(fù)雜計算過程，這也是任務(wù)中最耗時的環(huán)節(jié)之一。團隊從該環(huán)節(jié)著手，基于運載火箭入軌條件，提出兼具高適應(yīng)性與強容錯能力的創(chuàng)新技術(shù)方案。他們對算法進行反復(fù)迭代優(yōu)化，并將計算過程遷移至飛船自主執(zhí)行，實現(xiàn)遠距離自主快速交會，大幅提升遠距離導(dǎo)引效率。

著眼于空間站建設(shè)與運營階段的高頻交會對接任務(wù)需求，團隊又對“初始全相位”技術(shù)發(fā)起攻關(guān)，以提高交會對接方案對發(fā)射窗口的適應(yīng)性。

“我們開展了3000余次模擬試驗，深入剖析200余種極端工況，讓飛船入軌時無論與空間站相位相差多少，均能在規(guī)定時間精準(zhǔn)完成對接，大幅提升了我國空間站任務(wù)執(zhí)行的效率與靈活性?！苯庥来赫f。

2017年9月，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室首次在軌驗證我國6.5小時全自主快速交會對接技術(shù)，與此前相比大幅縮短了交會對接時間，實現(xiàn)了我國在空間交會對接技術(shù)上的又一超越。

從好到精，樹起中國“標(biāo)桿”

從天舟一號到天舟九號，快速交會對接技術(shù)攻關(guān)的艱辛，讓中國航天科技集團陳長青感觸頗深。

2020年10月，俄羅斯發(fā)射的聯(lián)盟MS-17載人飛船僅用3小時3分與國際空間站成功對接，樹立了快速交會對接新“標(biāo)桿”。

當(dāng)時，中國的6.5小時方案表現(xiàn)成熟穩(wěn)定，有了這個底氣，解永春認為，總跟著別人做沒意思。她提出了一個大膽的想法：“現(xiàn)有工程條件下，理論上的極限是2小時，我們能不能實現(xiàn)它？”

“直接縮短至2小時，談何容易？”陳長青介紹，此前設(shè)計方案中，火箭飛行約10分鐘，遠距離導(dǎo)引階段大概1個半小時，近距離導(dǎo)引到完成對接大約1小時20分。團隊分析論證了各種策略，最終決定，將近距離階段中用于消除遠距離導(dǎo)引偏差的“尋的”步驟去掉，僅此一項可節(jié)省40分鐘左右。

“少了這個銜接過程，完成對接的難度一下就上去了。”陳長青說，新方案對火箭發(fā)射入軌精度、飛船相位角適應(yīng)性、遠距離導(dǎo)引精度等的要求，都遠超原本的標(biāo)準(zhǔn)。

為此，團隊開啟了連續(xù)的“超長待機”工作模式，在此期間攻克技術(shù)難題近百項，對核心設(shè)計進行了127輪迭代優(yōu)化，成功設(shè)計出2小時交會對接方案。

2022年11月，天舟五號飛船僅用1小時57分，就與中國空間站組合體完成交會對接，創(chuàng)造了新的世界紀錄。

“我們嘗試過一次后發(fā)現(xiàn)，2小時方案雖然快，‘性價比’卻不高?！标愰L青解釋，該方案不僅對火箭的要求高，還會增加不少飛船的燃料消耗。

這一次，團隊不再一味追求速度，而是選擇在已有的6.5小時和2小時方案基礎(chǔ)上，重新設(shè)計一個3小時方案。陳長青介紹，這個方案兼顧了效率與可靠性，在天舟七號、八號、九號任務(wù)中成功實施，并將在今后一段時期的天舟系列任務(wù)中持續(xù)沿用。

如今，我國已在地球軌道和月球軌道上實施的37次交會對接任務(wù)全部圓滿成功，實現(xiàn)交會對接技術(shù)從無到有、從“地面支持”到“全自主”、從“單任務(wù)”到“多模式”的跨越式發(fā)展，樹立起中國人自己的標(biāo)桿。展望未來，解永春信心滿懷：“我們將向載人登月、深空探測等更高目標(biāo)邁進，不斷推進高水平科技自立自強，為航天強國建設(shè)貢獻力量！”（記者 付毅飛）