神舟11号将返：太空中的“交会对接”
▲ 神舟十一号与天宫二号交会对接
自俄罗斯和美国之后，我国已经成为世界上第三个完整掌握空间交会对接技术的国家。这项技术突破使国人瞩目，令世界震惊；依靠这项技术，航天员能够在“天宫”里长时间工作生活，为国家在世界航天竞争中占据一席之地。
交会，指多个航天器在轨道上按预定的位置和时间相会。这是实现航天器对接的前提，也可以实现对空间目标的拦截，能在未来空间作战中实现敌对卫星捕获，具有国防意义。
对接，指两个航天器在交会后连成一体。在交会对接完成之后，载人飞船和空间站能够进行人员替换、相互补给，实现在轨维修、燃料加注，还可以在星际航行中组成组合体飞行器，从而完成更多探测任务。
▲ 国际空间站
正因为在航天器补给、维修、深空探测等方面的重大意义，交会对接技术被列为载人航天活动的三大基本技术之一。这项技术将在未来的天地交通中频繁应用。
在国外载人航天活动的早期，航天器之间的交会对接成功率并不高；历史上美国和俄罗斯（苏联）共进行过200多次空间交会对接，总共失败达17次之多。
1997年俄罗斯“进步M3-4”飞船与“和平”号空间站交会对接失败相撞，使“和平”号空间站“光谱”号舱被迫关闭，部分氧气泄漏，动力系统也部分损坏，险些酿成灾难性后果。
▲ “和平”号空间站
自1966年美国第一次实现航天器交会对接以来，世界上除中国外仅有4个国家和地区在地球轨道上完成过交会对接，而日本与欧洲的交会对接依赖美俄技术。在中国之前，真正掌握空间交会对接技术的仅有美俄两国，而能独立研制对接结构的仅有俄罗斯一国（美国从俄罗斯采购该结构）。
1995年，我国选择自主研发对接结构，依赖自己的设计、研制走上交会对接的攻关之路。1999年，我国第一套对接机构原理样机诞生，此后又在此基础上发展出各类空间对接试验设备。
▲ 天宫一号模型
为实现航天器对接，对接机构总装团队历时数年，突破技术难关，经过1101次地面对接试验，647次分离试验，并拿出9套正样产品、备份产品。这些产品是未来“天神”成功对接的物质基础。
为实现航天器之间的交会对接，航天员与地面人员需要共同协作，分步完成。本次神舟十一号与天宫二号的交会对接过程分如下四步：
为确保神舟十一号发射后与天宫二号处于同一轨道面上，工程师们将飞船发射时间定为10月17日前后。结合气候、空间环境等因素，早晨7时30分，神舟十一号飞船搭乘长征二号FY11运载火箭腾空而起，景海鹏和陈冬两名航天员进入太空。在此过程中，工程师们通过各测控中心与中继站的遥测监控，控制神舟十一号进入到比天宫二号稍低的圆形轨道运动。
▲ 长征二号FY11运载火箭发射
在神舟十一号飞船进入预定轨道后，轨道工程师通过导航卫星准确定位飞船位置，再通过霍曼变轨的相应测算，对神舟十一号飞船施加合适推力使其变轨。为保证精确，神舟十一号飞船进行了五次变轨，最终进入高度为393公里的天宫二号轨道，并与天宫二号建立通信关系。
在轨道上，神舟十一号与天宫二号保持着比子弹快8倍的高速。而为了验证空间站建造技术，本次采取的对接模式更接近飞行器停泊到空间站。神舟十一号于19日1时11分转入自主控制状态，以自主导引方式接近天宫二号；2时21分，神舟十一号飞船到达相对距离5公里的位置，点火飞向天宫。
▲ 神舟十一号发射全过程
在靠近天宫二号的过程中，神舟十一号经历了四次停泊——从相对距离5公里的位置，到相距400米飞船对接机构推出，再到120米确定位置姿态，再到30米内以0.2米每秒的速度缓慢靠拢。3时24分，神舟十一号与天宫二号对接环接触，在按程序顺利完成一系列技术动作后，于3时31分锁紧对接机构，两个飞行器建立刚性连接，形成组合体，对接完成。
▲ 微波雷达团队为交会对接做准备
为保障神舟十一号与天宫二号对接任务的顺利完成，三颗天链一号卫星作为中继卫星接力跟踪，北京、西安等各地测控中心严格监控，众多工程师与科研人员星夜无眠，在此感谢他们的辛勤付出。
早在1992年，我国就确立了以建立空间站为目标的航天计划。这一计划分三步，第一步是载人飞船阶段，目标是将航天员送入太空，正常运行若干天，并成功返回。
▲ 天宫二号空间实验室
第二步是空间实验室阶段。天宫一号被运往太空主要为了完成交会对接任务；而天宫二号不仅如此，还将进行14项科研项目，涉及微重力基础物理、空间材料科学、空间生命科学等八个领域。
▲ 两名航天员于天宫二号空间实验室内
本次神舟十一号载人飞船将进行4项在轨试验项目，并将与天宫二号空间实验室作为组合体、完成30天中期驻留任务。完成组合体飞行后，两位航天员将随神舟十一号撤离天宫二号，返回地球，天宫二号也将转入独立运行模式。
在不远的将来，天舟一号货运飞船将与天宫二号对接，开展推进剂补加试验。2020年前我国将初步完成空间站建设，我国的载人航天事业也将迈入第三步——一个应用发展的新阶段。
出品：科普中国
制作：天空梦游人
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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