近日，中國空間站再傳喜訊——1月8日，神舟十三號航天員乘組在地面科技人員的密切協同下，在核心艙內采取手控遙操作方式，圓滿完成了天舟二號貨運飛船與空間站組合體交會對接試驗。通過浪漫的“太空之吻”試驗，初步驗證了空間站與來訪飛行器手控遙操作系統的功能、性能以及天地間協同工作程序的合理性。
進入2022年，中國空間站建設步伐穩健。從空間站機械臂轉位貨運飛船試驗，到天舟二號與空間站組合體交會對接試驗，中國已經為空間站的正式建成做足了準備。
手控遙操作精準交會對接
手控遙操作是航天科技集團五院專門為無人來訪飛行器配備的功能，是飛船GNC（制導、導航與控制）系統的一部分。在對接試驗開始后，天舟二號貨運飛船從空間站核心艙節點艙前向端口分離，航天員通過手控遙操作方式，控制貨運飛船撤離至預定停泊點。短暫停泊后，轉入平移靠攏段，控制貨運飛船與空間站組合體精準完成前向交會對接。
去年5月和9月，天舟二號與天舟三號貨運飛船分別完成了與天和核心艙和組合體的自主快速交會對接，為何還要進行手控遙操作方式？
據介紹，手控遙操作交會對接作為空間站與來訪飛行器交會對接的重要模式，是無人來訪飛行器自動交會對接的備份手段。此次試驗，是首次由神舟十三號航天員在軌利用手控遙操作設備，控制貨運飛船與空間站進行交會對接。試驗過程中，航天員坐在空間站核心艙里通過遠程的方式“駕駛”貨運飛船與空間站進行對接。整個“駕駛”過程中，航天員的視角是從飛船“看向”空間站的，就如同航天員坐在貨運飛船里“開飛船”一樣。
中國空間站系統總指揮王翔說，當代自動控制精度足夠高且穩定，但人控仍然作為一種冗余手段保留了下來，這是因為機器無法替代人在現場的臨機處置能力。兩個飛行器非常接近時若發生異常，地面干預的實時性比不上現場的航天員，并且航天員可以進行綜合情況的判斷和處置，更有利于保證安全。
確保“開貨車”準確安全
此前，中國曾在神舟九號和神舟十號飛船上實施過兩次手控交會。與載人飛船的手控交會對接相比，在貨運飛船的手控遙操作中，航天員面對的儀表系統、操作的手柄等和此前在神舟飛船上實施的兩次手控交會大同小異，最大程度減小了航天員的訓練難度，減輕了操作和識別方面的負擔。
與此同時，貨運飛船的手控遙操作也有自己的難點和特點，比如操作上的響應速度和運動敏捷性有所不同——載人飛船的手控如同“開轎車”，貨運飛船的手控遙操作則像“開貨車”。
據介紹，貨運飛船的手控遙操作需要把貨運飛船上攝像機“看到”的圖像傳到空間站，空間站上的航天員也需要把指令傳回給貨運飛船，一來一去就造成了航天員反應和執行指令的延時。同時，貨運飛船要比載人飛船重，平移加速度小，所以動作不敏捷。
為了讓“開貨車”的過程同樣準確、安全，在方案設計階段，研制人員針對貨運飛船的特點進行綜合考慮，結合中國現有的技術基礎和未來的發展使用需求，通過創新設計，實現了長延時條件下的精確控制，并在航天員培訓中進行了專門訓練。
機械臂幫助飛行器“搬家”
就在不久前的1月6日，經過約47分鐘的跨系統密切協同，中國空間站機械臂轉位貨運飛船試驗取得圓滿成功，這是中國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗。
專家介紹，在轉位試驗過程中，機械臂一端連接核心艙，一端連接天舟二號，就像“一個扁擔挑著兩個大象”，這對機械臂的負載來說是一個巨大的挑戰。專家介紹，此前空間站機械臂已經協助航天員完成了4次出艙任務，但航天員加上航天服的負載只有300公斤左右，而在轉位試驗時，機械臂的負載達到近9噸。
為此，科研人員對轉位試驗進行了巧妙的設計——首先，機械臂提前兩天爬行到位于節點艙附近的停泊口，為轉位試驗做準備。之后，通過捕獲的方式抓住天舟二號。試驗開始后，天舟二號貨運飛船與天和核心艙解鎖分離后，在機械臂拖動下以核心艙節點艙球心為圓心進行平面轉位；爾后反向操作，直至貨運飛船與核心艙重新對接并完成鎖緊。
利用機械臂捕獲天舟二號貨運飛船并進行轉位試驗，是神舟十三號乘組的重要試驗任務之一。轉位試驗的目的是什么？專家介紹，今年中國還將發射兩個實驗艙，在空間站建造過程中，兩個實驗艙將先后對接到空間站的前向對接口。當實驗艙II抵達時，原本在前向對接口的實驗艙I需要讓出位置，這便需要在機械臂的幫助下“搬家”。
為之后發射的兩個實驗艙實施艙段轉位做好準備——這正是此次試驗的目的。通過試驗，初步檢驗了利用機械臂操作空間站艙段轉位的可行性和有效性，驗證了空間站艙段轉位技術和機械臂大負載操控技術，為后續空間站在軌組裝建造積累了經驗。
今年正式建成空間站
完成兩項重大任務之后，天舟二號已基本完成了在空間站的使命。據專家介紹，天舟二號將攜帶各類廢棄物資與天和核心艙分離，并擇機受控再入地球大氣層燒毀，這也是空間站建設的關鍵技術之一。
天舟二號“畢業”后，中國空間站將很快“熱鬧”起來。2022年，中國載人航天工程轉入空間站建造階段，根據計劃將完成6次重大任務——發射天舟四號貨運飛船，運送補給物資；實施神舟十四號載人飛行任務；神舟十四號乘組在軌駐留期間，將先后發射問天實驗艙和夢天實驗艙，與天和核心艙對接，問天和夢天實驗艙均作為支持大規模艙內外空間科學實驗和技術試驗載荷支持艙段，同時問天實驗艙還作為組合體控制和管理備份艙段，具備出艙活動能力，夢天實驗艙具備載荷自動進出艙能力；隨后實施天舟五號貨運補給和神舟十五號載人飛行任務，神舟十五號乘組將與神舟十四號乘組開展在軌輪換。
屆時，中國將正式建成空間站。對空間站狀態進行全面評估后，將轉入空間站應用與發展階段，具備長期連續載人駐留能力。
