交会对接特指两个航天器在空间轨道上会合并连接成一个整体的技术。类似于我们在地面将两块积木插在一起，但是要在太空中完成这个动作可不容易，因为航天器在太空中的飞行轨迹遵循“天文动力学”，即，航天器在轨道上的运行符合天体运行规律，要到达不同轨道上的另一个位置必须通过发动机喷气改变航天器的运动速度大小或方向，从而变换轨道来实现。以抬升轨道高度为例，并不是我们直觉认为的通过向下喷气实现向上的直线运动；最经济有效的方法是通过两次喷气控制航天器加速，即“霍曼转移”来实现，如下图所示。
霍曼转移过程示意图
所谓快速交会对接是相对于我们较早的交会对接流程而言，如神舟八号（追踪飞行器）与天宫一号（目标飞行器）的交会对接，从飞船发射到完成对接总时长约45小时，而由天舟二号首次实现的快速交会对接仅用了约8小时，神舟十二号、天舟三号、神舟十三号再次将这一过程压缩为约6.5小时。
交会对接具体流程包括：远距离导引、近距离导引、最终逼近段和对接停靠四个阶段，其中远距离导引段不需要目标飞行器的额外动作，主要由追踪飞行器独立完成。而快速交会对接相对于原交会对接流程压缩时间最多的就是远距离导引段。
原来的交会对接过程中，受测控条件、船（星）上计算机计算能力、多解下飞行程序确定性、制导脉冲求解唯一性等约束[1]，远距离导引段的四~五次变轨均以地面飞行控制人员为主来开展。用大白话说就是地面飞行控制人员担心船上计算机算不明白，不敢将轨道控制这项关系任务成败的工作交由飞船自己负责。
这几次变轨的目的为：轨道半长轴调整（轨道高度差调整）、两飞行器间的相位差调整、轨道误差修正，从而将追踪飞行器的轨道调整为与目标飞行器轨道共面、高度略低的近圆轨道[2]。此后由于两飞行器间的距离足够近，他们的交会对接敏感器能够建立联系，即建立相对导航，追踪飞行器可根据敏感器测量的相对距离、速度、姿态等数据进行自主控制来完成后续接近等过程。
两飞行器相位差示意图
两飞行器轨道高度差示意图
在远距离导引段的整个控制过程中，地面飞行控制人员定期对两飞行器开展测定轨工作，然后根据获得的轨道数据通过复杂的计算得出每次变轨的控制变量，在追踪飞行器经过测控区时，将轨道参数及包含发动机准备、发动机开关机等指令在内的飞行程序通过天地测控链路发送给追踪飞行器。这样一来一往的过程使得一次变轨的准备时间就长达数小时，也就是说追踪飞行器将很多时间浪费在了无意义的等待地面的指示上。
而天舟二号等飞船采用的快速交会对接模式，除了快速之外，另一个关键词就是：自主。远距离导引段更新为“远距离自主导引段”。自主是什么意思？就是追踪飞行器不用再等待地面的指挥，而是利用自己掌握的数据来决定自己的前进方向。即，追踪飞行器根据其入轨时两飞行器的相位差和高度差自主选择飞行时间和交会模式；根据飞行轨迹自主设置敏感器加电、发动机准备、对接机构状态准备等指令；自主导航、自主控制姿态、自主进行帆板控制；自主计算变轨脉冲、自主控制发动机开关机等[1]，没有了与地面的频繁交互，从而大大缩短了远距离导引段的时间，神舟八号的远导段长达40小时以上，而天舟二号仅用了不到5小时。
自主快速交会对接过程示意图[3]
快速交会对接设计有5~8小时多种方案，具体时长与火箭入轨精度以及两飞行器间的相位差有关。远距离导引段有4~6次变轨脉冲，上图所示为5个变轨脉冲（A为入轨点，B点到F点为脉冲点）的追逐过程。
回到本文标题中提出的问题：天舟快速交会对接是飞得更快吗？很显然，不是！飞船达到第一宇宙速度后建立轨道飞行，此后速度大小只与轨道高度有关，上公式：
其中，G为万有引力常数，M为地球质量，R为飞船到地心的距离（即，轨道高度+地球半径），R是仅有的变量，即V的变化仅与R有关。
快速交会对接并不是飞行速度变快了，而是轨道控制的流程变短了。
参考文献：
[1] 张强 陈长青 刘宗玉 郝慧 奚坤 苏晏 刘阳. 天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接技术和在轨验证. 《空间控制技术与应用》. 2021, 47 (05)
[2] 胡军 谢永春 张昊 于丹 胡海霞 张维瑾. 神舟八号飞船交会对接制导、导航与控制系统及其飞行结果评价. 《空间控制技术与应用》, 2011, (06)
[3] 解永春张昊胡海霞. 自主交会对接控制方案设计及验证. 《中国航天》, 2021, (08)
科学审核：王兆魁，清华大学航空宇航工程系主任
责任编辑：王鹏鹏
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