神十六實現技術突破成功抵達空間站

付毅飛

據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間5月30日9時31分，搭載神舟十六號載人飛船的長征二號F遙十六運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射，約10分鐘后，神舟十六號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，航天員乘組狀態良好，發射取得圓滿成功。

16時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，整個對接過程歷時約6.5小時。

18時22分，翹盼已久的神舟十五號航天員乘組順利打開“家門”，歡迎遠道而來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展階段首艘載人飛船的交會對接任務，也是空間站三艙“T”字構型下實施的首次徑向交會對接任務。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難度更大，這對該院502所自主研發的我國空間交會對接GNC（制導導航與控制）系統提出了更高要求。

難點一：組合體質量更大

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、質量、慣量、重心位置等影響姿態控制的核心要素，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。

此前神舟十四號徑向停靠空間站，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行徑向對接。為此，對接機構面臨著與多構型、大噸位、大偏心對接目標的捕獲、緩沖、剛性連接等全新挑戰。

飛船交會對接特別是近距離對接時，采用的是相對姿態位置控制方法，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成功完成空間站“T”字構型的交會對接任務，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特性有所區別，神舟十六號進行的徑向對接，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時，將沿著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在其視野中。

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的測量敏感器來說，將產生視線上的遮擋。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。

難點三：羽流影響更復雜

當兩個航天器距離較近時，發動機噴出的氣流會對相互產生影響，這在業內被稱作“羽流影響”。

空間站組合體尺寸增大，會導致飛船和空間站組合體的發動機工作時，羽流影響比以往對接任務時更加復雜。

飛船在近距離交會過程中，需要頻繁啟動發動機對相對姿態和位置進行調整，這將對空間站姿態產生影響。組合體艙段的增加，會使上述特性更為復雜。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系統在發動機分組使用和控制方法上進行優化，并通過地面仿真計算加以驗證，確保交會對接任務在諸多影響下仍能成功。