中國空間站首組“全身像”是如何誕生的

11月28日，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了中國空間站組合體全貌的高清圖片，這是我國首次在軌獲取以地球為背景的空間站組合體全貌圖像，也是中國空間站的首組全構(gòu)型工作照。大家也許會好奇，這組照片是怎么拍攝的呢？

北京時間2023年10月30日20時37分，神舟十六號載人飛船與空間站組合體成功分離。分離后，神舟十六號航天員手持高清相機，通過飛船繞飛完成了以地球為背景的空間站組合體全景圖像拍攝。而要從飛船拍攝空間站，必須滿足哪些條件呢？

要拍攝空間站，最好的視角是在空間站上方，這個視角有別于此前飛船相機拍攝的同一平面的全景，能夠更好地展示空間站的全貌。如何去到合適的位置呢？神舟十六號載人飛船首先從空間站徑向?qū)涌诜蛛x撤離至200米停泊點，然后利用繞飛的“絕活”，飛至空間站前方停泊點，再從前方停泊點繞飛至后方停泊點，而拍攝的時機就選擇在從空間站前方向后方繞飛過程當中。

繞飛，是指飛船環(huán)繞空間站的飛行，繞飛充分利用了相對運動的動力學(xué)特性，通過施加特定的脈沖控制，從空間站看去飛船將沿著橢圓軌跡繞空間站運動。繞飛功能非常重要，可以實現(xiàn)不同停泊點和對接口之間的轉(zhuǎn)移，從而改變飛船的對接方向。

繞飛拍攝過程使用了飛船返回艙的舷窗，在飛船正常姿態(tài)飛行下，舷窗是分布在返回艙的左右兩側(cè)，以此姿態(tài)飛越空間站時，航天員是不能從舷窗中拍攝空間站的，因此要想找到合適的拍攝角度，飛船必須進行一個滾動姿態(tài)調(diào)整，讓舷窗變成一上一下，通過下方舷窗進行拍攝，這就需要“太空全能舵手”——神舟飛船的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)大顯身手了。

相對于此前神舟十號載人飛船“平移”式繞飛和神舟十二號載人飛船繞飛過程中水平轉(zhuǎn)體180度，神舟十六號載人飛船的繞飛動作要復(fù)雜得多。為了能讓舷窗對著地球，飛船需要在繞飛過程中完成大幅度的滾動和轉(zhuǎn)動動作。

也就是說，在分離撤離過程中，飛船姿態(tài)在垂直下方至前方繞飛時轉(zhuǎn)為倒飛，前方至后方繞飛時飛船轉(zhuǎn)為正飛，同時滾動90度調(diào)姿，以這個姿態(tài)掠過空間站進行拍攝，到達空間站后方時，姿態(tài)恢復(fù)正常，并施加一個反向的撤離脈沖，最終遠離空間站。

整個繞飛過程中，為了精確控制飛船和空間站的相對運動軌跡，必須盡可能地讓飛船的頭部朝著空間站，GNC系統(tǒng)要兼顧特殊姿態(tài)下中繼天線與中繼衛(wèi)星的鏈路鏈接，確保地面能夠監(jiān)視和干預(yù)的同時，控得準控得穩(wěn)。

此外，還需要滿足幾個約束條件確保拍攝順利地進行：一是測控約束，繞飛的關(guān)鍵弧段要位于中繼衛(wèi)星測控區(qū)內(nèi)，便于地面對飛船進行狀態(tài)監(jiān)視和控制；二是光照約束，拍攝過程要在光照區(qū)內(nèi)進行，光照角度也需要精心設(shè)計，確保拍出的照片具有完美的光照條件；三是安全距離約束，為了確保航天員安全，繞飛全程飛船不能進入空間站禁飛區(qū)，必須時刻遵循“安全第一”的原則。

◎ 來源| 中國載人航天工程網(wǎng)