作为中国空间站专属“太空快递员”，天舟货运飞船承担着物资运输、推进剂补给、轨道姿态控制等核心使命。不过，要在茫茫太空里追上高速运行的中国空间站，又快又稳地“送货上门”，可不是件容易的事！

 

空间交会对接技术，是实现空间站等大型空间设施在轨装配、回收、补给、维修等空间操作的先决条件。

从天舟二号开始，天舟货运飞船采用全相位自主快速交会对接策略，具备追踪航天器入轨相位相对目标航天器0～360°全相位自主实现交会对接的能力。

 

▲天舟二号与空间站核心舱组合体交会对接示意图

 

这意味着，天舟飞船不再受入轨方向的限制，无论从哪个角度入轨，都能依靠自身的导航与控制系统，实时感知与空间站的相对位置、相位角、高度差等关键数据，自主规划最优对接路径。这就好比一位经验丰富的快递员，不再被固定的路线束缚，无论从小区的哪个门进入，都能精准找到收件人的位置。

全相位自主快速交会对接全过程由远距离自主导引段和近距离自主控制段组成。

 

▲全相位自主快速交会对接航天器相对距离示意图

 

远距离自主导引段是对接的“导航定位”环节。飞船入轨后，可自主根据入轨时两个航天器的相位角、高度差计算交会对接任务总飞行时间，并大致确定大相位追及段脉冲的执行时刻。从几百公里外的太空，精准飞到空间站后下方的指定等待区，将导引误差控制在千米级别，为后续的近距离对接打下基础。这一环节不再依赖地面导引，让飞船拥有了自主“认路”的能力，相当于快递员靠手机导航直接找到小区楼下，全程无需他人指路。

近距离自主控制段是对接的“精准结合”环节。针对中国空间站交会对接任务需求，飞船在近距离保持点约束下，通过寻的段、接近段、绕飞段、平移靠拢段等实现不同对接口交会对接任务以及不同对接口之间的切换，最终自主完成两个航天器的逐步接近、对接等任务，相当于快递员精准走到收件人门口完成配送。

 

天舟货运飞船的交会对接任务类型由飞行时间和远距离导引脉冲确定，由此形成了适配不同需求的交会对接模式，就如同我们寄快递时会根据时效选择普通物流、次日达或极速达一样。依据全相位自主快速交会对接策略，形成了6.5小时、3小时和2小时三种典型的自主快速交会对接模式。

 

天舟一号完成首次自主快速交会对接在轨试验，天舟二号完成首次自主快速交会对接任务，均采用6.5小时自主快速交会对接模式。通过天舟三号、天舟四号以及天舟六号的在轨验证，该模式是目前对偏差要素变化适应能力较强的一种交会对接策略。

 

▲6.5小时自主快速交会对接示意图

 

2小时自主快速交会对接是天舟货运飞船快速交会对接的一种极限尝试。

 

▲2小时自主快速交会对接示意图

 

四年前的今天，天舟二号完成空间站组合体阶段全部既定任务，撤离了空间站核心舱组合体。飞船分离后，成功实施了2小时自主快速交会试验，为后续任务积累了宝贵经验。

 

 

▲2022年3月27日,天舟二号撤离空间站核心舱组合体

在此基础上，天舟五号飞行任务首次实现2小时自主快速交会对接，一举创造世界纪录，其速度堪比同城配送。

 

▲天舟五号与空间站组合体交会对接示意图

 

3小时自主快速交会对接综合6.5小时自主快速交会对接稳定性、鲁棒性，以及2小时自主快速交会对接时间上的快速性，不仅降低了对火箭入轨条件、测控精度、敏感器及导航精度、制导控制精度等方面的要求，同时增强了任务的可靠性。目前已经在天舟七号、天舟八号和天舟九号货运飞船上得到在轨验证，实现该模式“升级”为货运飞船标准交会对接模式后的常态化实施。

 

▲天舟九号与空间站组合体完成3小时自主快速交会对接

 

 

回顾早前的交会对接任务，普遍采用2～3天的交会策略，其主要飞行时间由远距离导引段决定。远距离导引由地面进行规划、计算，并将需要执行的脉冲注入飞船，由飞船负责执行。如今，交会对接任务用时从几天缩短至几小时，“太空快递“的配送效率如何突破极限？

 

▲2～3天交会对接示意图

 

要实现短时间自主快速交会对接，关键在于提高远距离导引终端精度。为此，科研人员通过技术优化，采取减少误差传递时间以缩短交会对接总时长、减少远距离导引段脉冲个数等策略，有效提升了远距离导引终端精度。

 

通过天舟系列飞船飞行任务，验证了多种全相位自主快速交会对接模式的在轨表现均优于设计状态，状态稳定且在轨可重复，为空间站工程后续任务奠定了坚实的技术基础，有力地支持了中国空间站的建造和运营。未来，期待更多“太空快递”速达无忧！

 

参考文献：

[1]陈长青,张强,解永春,等.天舟货运飞船全相位自主快速交会对接及在轨实现[J]空间控制技术与应用（中英文）,2026,52(01):103-108.