世界觀察：抵達空間站！神十六交會對接難在哪？

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，神舟十六號載人飛船入軌后，于北京時間2023年5月30日16時29分，成功對接于空間站天和核心艙徑向端口，整個對接過程歷時約6.5小時。

(資料圖片僅供參考)

按任務(wù)計劃，3名航天員隨后將從神舟十六號載人飛船進入空間站天和核心艙。神舟十五號航天員乘組已做好迎接神舟十六號航天員乘組進駐各項準(zhǔn)備工作。

記者從中國航天科技集團五院了解到，這是中國空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首艘載人飛船的交會對接任務(wù)，也是空間站三艙“T”字構(gòu)型下實施的首次徑向交會對接任務(wù)。相較于空間站建造階段神舟十三號、十四號實施的徑向交會對接，神舟十六號交會對接任務(wù)難度更大，這對該院502所自主研發(fā)的我國空間交會對接GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)提出了更高要求。

三維高清模擬圖。圖片來源：中國航天科技集團八院

難點一：組合體質(zhì)量更大

隨著問天實驗艙、夢天實驗艙，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(shù)甚至存在跨數(shù)量級的增長。

此前神舟十四號徑向停靠空間站，飛船的對接目標(biāo)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行徑向?qū)印榇耍瑢訖C構(gòu)面臨著與多構(gòu)型、大噸位、大偏心對接目標(biāo)的捕獲、緩沖、剛性連接等全新挑戰(zhàn)。

三維高清模擬圖。圖片來源：中國航天科技集團八院

飛船交會對接特別是近距離對接時，采用的是相對姿態(tài)位置控制方法，空間站運動特性的變化將直接影響飛船交會對接控制過程。

雖然神舟十五號已經(jīng)成功完成空間站“T”字構(gòu)型的交會對接任務(wù)，但其對接的位置為空間站前向?qū)涌凇Ｓ捎诳臻g站在不同方向上運動特性有所區(qū)別，神舟十六號進行的徑向?qū)樱枰狦NC系統(tǒng)依靠自身的能力克服上述變化帶來的影響。

難點二：更多視線遮擋

神舟十六號在進行徑向交會對接任務(wù)時，將沿著天和核心艙下方的徑向?qū)涌谥饾u靠近空間站組合體，從飛船的視角看，天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟六號貨運飛船以及神舟十五號飛船均會出現(xiàn)在其視野中。

三維高清模擬圖。圖片來源：中國航天科技集團八院

這對于神舟十六號上需要以宇宙背景或太陽作為觀測目標(biāo)的測量敏感器來說，將產(chǎn)生視線上的遮擋。而且隨著飛船和組合體逐漸靠近，遮擋會越來越多。

為此，需要依靠GNC系統(tǒng)敏感器自身的抗干擾和目標(biāo)特性識別能力加以區(qū)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(xù)、準(zhǔn)確地測量。

難點三：羽流影響更復(fù)雜

當(dāng)兩個航天器距離較近時，發(fā)動機噴出的氣流會對相互產(chǎn)生影響，這在業(yè)內(nèi)被稱作“羽流影響”。

空間站組合體尺寸增大，會導(dǎo)致飛船和空間站組合體的發(fā)動機工作時，羽流影響比以往對接任務(wù)時更加復(fù)雜。

三維高清模擬圖。圖片來源：中國航天科技集團八院

飛船在近距離交會過程中，需要頻繁啟動發(fā)動機對相對姿態(tài)和位置進行調(diào)整，這將對空間站姿態(tài)產(chǎn)生影響。組合體艙段的增加，會使上述特性更為復(fù)雜。反之，空間站的噴氣控制也會影響飛船的控制。

針對該問題，需要GNC系統(tǒng)在發(fā)動機分組使用和控制方法上進行優(yōu)化，并通過地面仿真計算加以驗證，確保交會對接任務(wù)在諸多影響下仍能成功。

科技日報記者?付毅飛

文中圖片除注明外均來自中國載人航天

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