中國衛星導航定位協(xié)會(huì )

神十六實(shí)現技術(shù)突破成功抵達空間站
科技日報
2023/05/31 09:51
據中國載人航天工程辦公室消息,北京時(shí)間5月30日9時(shí)31分,搭載神舟十六號載人飛船的長(cháng)征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射,約10分鐘后,神舟十六號載人飛船與火箭成功分離,進(jìn)入預定軌道,航天員乘組狀態(tài)良好,發(fā)射取得圓滿(mǎn)成功。
  16時(shí)29分,神舟十六號載人飛船成功對接于空間站天和核心艙徑向端口,整個(gè)對接過(guò)程歷時(shí)約6.5小時(shí)。
  18時(shí)22分,翹盼已久的神舟十五號航天員乘組順利打開(kāi)“家門(mén)”,歡迎遠道而來(lái)的神舟十六號航天員乘組入駐“天宮”。
  記者從中國航天科技集團五院了解到,這是中國空間站應用與發(fā)展階段首艘載人飛船的交會(huì )對接任務(wù),也是空間站三艙“T”字構型下實(shí)施的首次徑向交會(huì )對接任務(wù)。相較于空間站建造階段神舟十三號、十四號實(shí)施的徑向交會(huì )對接,神舟十六號交會(huì )對接任務(wù)難度更大,這對該院502所自主研發(fā)的我國空間交會(huì )對接GNC(制導導航與控制)系統提出了更高要求。
  難點(diǎn)一:組合體質(zhì)量更大
  隨著(zhù)問(wèn)天實(shí)驗艙、夢(mèng)天實(shí)驗艙,以及神舟載人飛船、天舟貨運飛船等艙段和飛船相繼加入,空間站組合體的尺寸、質(zhì)量、慣量、重心位置等影響姿態(tài)控制的核心要素,與核心艙單艙相比變化較大,部分參數甚至存在跨數量級的增長(cháng)。
  此前神舟十四號徑向??靠臻g站,飛船的對接目標為47噸級;此次神舟十六號將首次在空間站有人駐留情況下,與90噸級的空間站組合體進(jìn)行徑向對接。為此,對接機構面臨著(zhù)與多構型、大噸位、大偏心對接目標的捕獲、緩沖、剛性連接等全新挑戰。
  飛船交會(huì )對接特別是近距離對接時(shí),采用的是相對姿態(tài)位置控制方法,空間站運動(dòng)特性的變化將直接影響飛船交會(huì )對接控制過(guò)程。
  雖然神舟十五號已經(jīng)成功完成空間站“T”字構型的交會(huì )對接任務(wù),但其對接的位置為空間站前向對接口。由于空間站在不同方向上運動(dòng)特性有所區別,神舟十六號進(jìn)行的徑向對接,需要GNC系統依靠自身的能力克服上述變化帶來(lái)的影響。
  難點(diǎn)二:更多視線(xiàn)遮擋
  神舟十六號在進(jìn)行徑向交會(huì )對接任務(wù)時(shí),將沿著(zhù)天和核心艙下方的徑向對接口逐漸靠近空間站組合體,從飛船的視角看,天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗艙、夢(mèng)天實(shí)驗艙、天舟六號貨運飛船以及神舟十五號飛船均會(huì )出現在其視野中。
  這對于神舟十六號上需要以宇宙背景或太陽(yáng)作為觀(guān)測目標的測量敏感器來(lái)說(shuō),將產(chǎn)生視線(xiàn)上的遮擋。而且隨著(zhù)飛船和組合體逐漸靠近,遮擋會(huì )越來(lái)越多。
  為此,需要依靠GNC系統敏感器自身的抗干擾和目標特性識別能力加以區分和屏蔽,或是采用不同測量方位、不同測量體制的備份測量敏感器,保證持續、準確的測量。
  難點(diǎn)三:羽流影響更復雜
  當兩個(gè)航天器距離較近時(shí),發(fā)動(dòng)機噴出的氣流會(huì )對相互產(chǎn)生影響,這在業(yè)內被稱(chēng)作“羽流影響”。
  空間站組合體尺寸增大,會(huì )導致飛船和空間站組合體的發(fā)動(dòng)機工作時(shí),羽流影響比以往對接任務(wù)時(shí)更加復雜。
  飛船在近距離交會(huì )過(guò)程中,需要頻繁啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機對相對姿態(tài)和位置進(jìn)行調整,這將對空間站姿態(tài)產(chǎn)生影響。組合體艙段的增加,會(huì )使上述特性更為復雜。反之,空間站的噴氣控制也會(huì )影響飛船的控制。
  針對該問(wèn)題,需要GNC系統在發(fā)動(dòng)機分組使用和控制方法上進(jìn)行優(yōu)化,并通過(guò)地面仿真計算加以驗證,確保交會(huì )對接任務(wù)在諸多影響下仍能成功。