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专家:载人飞船首次与T型组合体径向交会对接 三大难点

2023-05-30 10:42:14大公文汇全媒体 作者:刘凝哲
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  5月30日,神舟十六号载人飞船成功发射并停靠中国空间站径向对接口,标志着由航天科技集团五院502所自主研发的中国空间交会对接GNC(制导导航与控制)技术进一步成熟。这是中国空间站应用与发展阶段首艘载人飞船的交会对接任务,也是空间站三舱“T”字构型下实施的首次径向交会对接任务,相较于空间站建造阶段神舟十三号、十四号载人飞船实施的径向交会对接,神舟十六号载人飞船的交会对接任务有着不一样的难度。

  点火瞬间

  航天科技集团五院的专家介绍,神十六此次交会对接将与此前的交会对接有三大不同。首先,是更大的组合体质量。随着问天实验舱、梦天实验舱、以及神舟载人飞船、天舟货运飞船等更多舱段和飞船的相继加入,使得空间站组合体的尺寸、质量、惯量以及重心位置等影响姿态控制的核心要素与核心舱单舱相比变化较大,部分参数甚至存在跨数量级的增长。飞船交会对接特别是近距离对接时采用的是相对姿态位置控制方法,空间站运动特性的变化将直接影响飞船的交会对接控制过程。虽然神舟十五号已成功完成空间站“T”字构型的交会对接任务,但其对接的位置为空间站前向对接口,由于空间站在不同方向上运动特性有所区别,神舟十六号进行的径向对接需要GNC系统依靠自身的能力克服上述变化带来的影响。

  其次,是更大的组合体尺寸。神舟十六号载人飞船在进行径向交会对接任务时,将沿着天和核心舱下方的径向对接口逐渐靠近空间站组合体,从飞船的视角看,天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟六号货运飞船以及神舟十五号载人飞船均会出现在神舟十六号载人飞船的视野中,这对于其上安装的需要以宇宙背景或太阳作为观测目标的测量敏感器来说将产生视线上的遮挡,且随着神舟十六号载人飞船和组合体距离的逐渐逼近,遮挡会越来越多,需要依靠GNC系统配备的敏感器自身的抗干扰或目标特性识别能力加以区分和屏蔽,或采用不同测量方位、测量体制的备份测量敏感器来保证持续、准确的测量能力。

  第三,是更复杂的羽流影响。空间站组合体尺寸的增大还使得飞船和空间站组合体的发动机工作时,羽流间的相互影响相比以往发射和对接任务时变得更加复杂。飞船在近距离交会过程中需要频繁启动发动机进行相对姿态和位置的调整,这将对悬浮在太空中的空间站姿态产生影响,由于组合体舱段的增加,使得神舟十六号载人飞船任务中的上述特性更为复杂。同样,空间站的喷气控制也会影响飞船自身的控制。对于这一问题,需要GNC系统在发动机分组使用和控制方法上优化,并通过地面的仿真计算加以验证,确保交会对接过程在诸多影响下仍能确保任务成功。

  据介绍,针对神舟十六号载人飞船径向交会对接任务过程中羽流影响和敏感器视场遮挡影响等,科研人员还进行了专项分析和仿真覆核,并对神舟十六号GNC分系统进行针对性优化和针对性设计,确保影响均在分系统可控范围之内。

责任编辑:李孟展

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