成功發(fā)射進(jìn)入軌道后，兩名航天員將駕駛著神舟十一號飛船向天宮二號空間實驗室直奔而去。天宮二號和神舟十一號飛船的空間交會對接是搭建“太空之家”的關(guān)鍵一步。兩個飛行器要保持著比子彈速度快8倍的高速毫厘不差地對接在一起，難度系數(shù)極大。
為了驗證空間站建造的技術(shù)，此次神舟十一號飛船和天宮二號將在393公里高度的軌道進(jìn)行交會對接，比以往的343公里軌道高了50公里，采取的對接模式也更接近于飛行器停泊到空間站的方式。為此，有“三大法寶”來確保此次交會對接的成功，幫助航天員順利進(jìn)入神舟十一號飛船和天宮二號的組合體，開始太空生活。
微波雷達(dá)能牽引天宮與飛船從“相識”、“相遇”到“相連”
中國航天科工二院25所研制的交會對接微波雷達(dá)，就像是實現(xiàn)兩個航天器在外太空交會對接的“眼睛”。作為實施交會對接任務(wù)的關(guān)鍵敏感器，它曾圓滿完成天宮一號與“神八”“神九”“神十”交會對接任務(wù)，牽引著天宮和神舟在相距幾百公里外“相識”，再從“相遇”到“相連”。此次應(yīng)用的交會對接微波雷達(dá)更小、更可靠，實現(xiàn)了測量通信一體化要求，是交會對接微波雷達(dá)家族的第二代產(chǎn)品。
據(jù)專家介紹，第二代產(chǎn)品延續(xù)了第一代產(chǎn)品的測量性能，它的測量范圍上至北京五環(huán)一整圈，下至一張桌子的長度，在如此之大的跨度中，它的測距精確程度可以達(dá)到一把普通尺長，測角精度可以到達(dá)更高，相當(dāng)于人眼測試視力時，相鄰兩行之間的角度。而速度測量的誤差基本小于一只螞蟻的爬行速度。而且，相比于第一代產(chǎn)品，第二代產(chǎn)品有了“瘦身”“會講”“抗沖擊”三大改進(jìn)：體積和重量相比原先縮小了一半，功耗減少到原來的2/3；實現(xiàn)了測量通信一體化功能，沉默的“眼睛”也可以說話了。同時更能應(yīng)對高能粒子的沖擊，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的可靠性。
激光雷達(dá)能在中近距離段完成對目標(biāo)信息的高精度測量
神舟十一號飛船要想追上天宮二號，必須隨時掌握天宮的實時蹤跡。因此，二者身上分別裝了激光雷達(dá)和光學(xué)成像敏感器，就像擁有了“火眼金睛”，即使太空再黑也不怕找不到對方。
天宮二號上搭載的是中國電科研制的激光雷達(dá)合作目標(biāo)，神舟十一號飛船則搭載了激光雷達(dá)主機和信息處理機，探測的基本過程，是由安裝在神舟十一號飛船上的激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)出激光束，激光束照射到天宮二號上后返回信號，激光雷達(dá)系統(tǒng)再根據(jù)接收到的返回信號計算分析。
中國電科激光雷達(dá)項目副總師吳登喜介紹說，激光雷達(dá)作為交會對接控制測量關(guān)鍵敏感器之一，將在中近距離段完成對目標(biāo)距離、角度、變化率等信息實時高精度測量，支撐導(dǎo)航控制系統(tǒng)完成控制任務(wù)。天宮二號攜帶的激光雷達(dá)合作目標(biāo)則裝載了特殊的玻璃棱鏡，可以從多方位、大范圍內(nèi)反射激光雷達(dá)的光信號，配合激光雷達(dá)完成距離、角度等飛行參數(shù)的測量，確保飛船進(jìn)行精準(zhǔn)對接。
未來，空間站上可能有多個方向的接口，這就需要飛行器從一個對接口繞到另外一個對接口進(jìn)行對接，因此在后續(xù)任務(wù)中增加了飛船繞飛試驗。這時，激光雷達(dá)也可以發(fā)揮重大作用，在對接過程中始終“不眨眼”，引導(dǎo)飛船控制和保障與突出物體保持足夠的安全距離。
光學(xué)成像敏感器能精確捕捉對接口，完成對接動作
當(dāng)神舟十一號飛船和天宮二號越來越接近，從相距150米到最終完成對接，這一階段的技術(shù)難度和風(fēng)險都極高。此時，天宮二號、神舟十一號飛船仍是保持著高速運動，為了毫厘不差地對接在一起，一雙犀利而精準(zhǔn)的“對接天眼”必不可少——在神舟十一號飛船上裝有交會對接光學(xué)成像敏感器（CRDS），在近距離平移靠攏天宮二號時，通過它測量相對位置和姿態(tài)，精確捕捉天宮二號的對接口，完成對接動作。
中國航天科技集團(tuán)五院技術(shù)人員龔德鑄介紹說，此次任務(wù)中，“對接天眼”全新升級，在太陽雜光抑制能力、識別目標(biāo)敏感度上有了大幅提升。在太空中，太陽光的照射強度是地球上的3到5倍，會影響光學(xué)敏感器的性能，甚至在交會對接時很容易被閃壞。以往交會對接時要選擇光線合適的時機，搶抓一天中最為合適的數(shù)小時“窗口期”。而天宮二號和神舟十一號飛船已經(jīng)可以實現(xiàn)準(zhǔn)全天候?qū)崟r對接，這將有力地支撐航天器在太空進(jìn)行突發(fā)維修補給或航天員應(yīng)急救生。
同時，技術(shù)人員還將敏感器首次捕獲時間提高了一個數(shù)量級——由原來的約10秒提高至幾百毫秒。敏感器從看到目標(biāo)到做出判斷的響應(yīng)時間也大大縮短。中國航天科技集團(tuán)五院敏感器設(shè)計師劉啟海說。