凤凰网汽车

就在刚刚，北京时间10月19日凌晨3时31分，神舟十一号和天宫二号成功交会对接，开始以组合体飞行。

10月17日凌晨7时30分，长征二号F火箭已从酒泉卫星发射中心将搭载了航天员的神舟十一号飞船送入太空，执行天神对接的飞行任务。虽然在这之前，天宫一号已经和三艘神舟飞船进行过交会对接，但此次神舟十一号和天宫二号的交会对接仍然是万众瞩目的一环。要知道， “天神对接”这件事，需要的算计可是太多了。

我们单身狗整天目睹别的情侣秀恩爱已经很苦了，现在就连神舟飞船也划过我们头顶的苍穹，跨过大气层追寻着天宫二号去谈一场轰轰烈烈的恋爱了。它们将在太空进行“拍拖”，从遥不可及到遥遥相望再到触手可及，简直不要太浪漫。而为了谈好跨越大气层的爱，从地面开始就得进行精心的计算。飞船在近地轨道上以7.7千米/秒的速度高速飞行，你猜猜需要什么样的提前准备和仔细运算，才能顺利实现太空中的牵手？

神舟要如何追上天宫呢？首先我们要提到发射窗口的概念。发射窗口是指适合发射的时间段，一般地说为了达到特定的目标，卫星飞船的发射都无法全天进行，比如哈雷彗星76年回归一次，那么哈雷彗星探测器76年才有一次发射机会，神舟飞船追逐天宫二号的起飞时刻同样是精心选定的。太空中的轨道机动极其耗费燃料，要进行太空牵手神舟飞船发射时就要做到共面，也就是神舟飞船和天宫二号处于同一个轨道面上，这就限制了发射时间。

神舟和天宫都从酒泉发射场发射，天宫二号的重访周期为约3天，更确切说天宫二号的重访周期为46圈，而这个高度的轨道周期为约5534秒，那么意味着每3天提前大约75分钟，或者说发射窗口每天提前约25分钟。神舟飞船发射到对接要经过两天，神舟飞船轨道高度低，地球扁率引起的轨道面旋转也就是轨道面进动速度并不一致，因此神舟飞船发射时并不是严格共面的，根据以前的记录，飞船发射时两者轨道面会有大约0.2度的角度差。根据天宫二号的轨道高度，这意味着大约3分钟的发射窗口时间差。天神对接最好在本土测控站范围内进行，另外交会对接选择的时刻，还要考虑飞船出现意外需要应急返回等因素，综合这些因素，经过地面飞控人员的精心计算和模拟，神舟十一号飞船最终选择17日早上7时30分31秒发射。

看完上面这一大段数字，不禁很想问，现实约会有谁的出门时间精确到秒的吗？而其实，“天神约会”更重要的步骤在天上。纵观历史，航天器交会对接主要包括三种策略：第一圈直接交会对接、一天内快速对接和2-3天的交会对接。快速对接的最短记录是苏联宇宙212和213的对接，宇宙213发射后仅46分钟就成功进行了自动对接。由于空间运动病对航天员的影响，美国历史上并不青睐快速对接，苏联从和平号空间站开始也采用两天的交会对接飞行模式，我国同样选用了两天对接模式。

交会对接不仅需要选择合适的策略，更要进行大量的地面模拟仿真，根据任务需求选择合适的交会对接方案。具体到神舟十一号飞船，它牵手天宫二号是一个为期2天的自动对接过程，要经历远距离导引段、近距离导引段、接近段和对接段等飞行阶段。

远距离导引段又称调相段，主要工作是调整神舟飞船的轨道高度，利用飞船高度低角速度快的特点，逐渐追上天宫二号。调相段主要依靠地面引导，而太空高速飞行的航天器，速度稍有差异就带来轨道的剧烈变化，可谓差之毫厘谬以千里，顺利完成调相段飞行，对轨道测控尤其是轨道计算要求很高。神舟飞船一般会在调相段进行5次轨道机动，先是提高近地点高度进入调相轨道，随后修正轨道倾角和升交点赤经也就是轨道面的偏差，第三步是将轨道远地点高度提升到交会对接高度，随后提高近地点高度进行轨道圆化，最后就是在交会对接轨道上进行修正，修正完成后神舟飞船和天宫二号距离就只有约50公里了。

调相段机动变轨

参照神舟八号的历史，飞船调相段5次机动分别发生在第5、13、16、19、24圈，调相段飞行时间占了交会对接总飞行时间的大部分。神舟飞船发射需要准时，而调相段频繁的变轨控制时间间隔短，空间环境复杂，对短弧段定轨精度更是提出了极高的要求。北京航天飞行控制中心采用高精度的动力学模型，不仅在任务规划阶段进行了大运算量的轨道模拟仿真，在调相段飞行阶段也进行时间敏感的高强度轨道计算，有效提高了测定轨精度，以满足了交会对接的需求。

一般来说，2天的慢速对接飞行模式最为常用，近年来俄罗斯再次提出快速对接模式，有利于减少飞船独立飞行的风险，尤其是降低狭小返回舱带来的不舒适的感觉。不过快速对接要求更高的发射精度和轨控精度，明年我们的天舟一号货运飞船和天宫二号空间实验将试验6小时快速对接模式，调相段将从约28圈压缩到约4圈，这将对短弧段测定轨尤其是其中的轨道计算提出更高的要求。联想集团为载人航天工程总体仿真实验室配备了HPC和工作站，承担起交会对接长时间连续而繁重的轨道飞行计算工作，也成为了天神牵手浪漫场景的幕后功臣之一。

而一场精心策划的约会，怎么可能没有Plan B? 神舟飞船还有手动对接模式作为备份，之前神舟九号飞船和天宫一号的手动对接由刘旺进行，他在地面进行了1500次模拟交会对接训练，熟能生巧后脱离仪表数据仅靠光学显示都能操作对接。

地面仿真模拟系统需要利用对接算法和模型实时计算生成和读取数据，根据航天员操作实时生成控制量输出，这同样对服务器和工作站的可靠性和性能提出了很苛刻的要求，比你幻想过很多次的未来体感游戏舱厉害多了。比如联想为此提供的以HPC和工作站为核心的仿真轨道计算系统，同样为地面上航天员的交会对接模拟训练工作起到了很大的帮助作用。

神舟十一号与天宫二号对接时的画面。成功的背后是无数次模拟训练作为保障。

自2013年和载人航天工程办公室建立战略合作伙伴关系后，联想集团就加入了中国载人航天的豪华红娘套餐，发挥自身在技术、产品和服务上的优势，以联想服务器和工作站P系列为代表的产品为载人航天工程总体仿真实验室提供了更有力的支持， 而在今早之前，神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功交会对接的背后，也有太多幕后英雄，等着我们继续去发现。