2023年6月4日，伴著地球嶄新一天似火的朝陽，經(jīng)歷了太空中電光火石洗禮的神舟十五號載人飛船返回艙，在由航天科技集團(tuán)五院研制的GNC系統(tǒng)駕馭下，飄然歸來，成功著陸在預(yù)定著陸區(qū)。

▲ 著陸現(xiàn)場

這不僅標(biāo)志著我國首批批產(chǎn)神舟載人飛船圓滿完成各項既定任務(wù)，也標(biāo)志著自神舟十二號載人飛船起，全面升級的以自主快速交會對接、自主自適應(yīng)預(yù)測再入返回制導(dǎo)為特征的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（GNC系統(tǒng)）實現(xiàn)更新?lián)Q代，且經(jīng)過4次飛行任務(wù)各種工況的全面歷練，得到完整驗證。

GNC系統(tǒng)是神舟載人飛船的核心分系統(tǒng)，是體現(xiàn)飛船科技水平的重要標(biāo)志。由五院抓總研制的神舟十二號到神舟十五號載人飛船是我國首次以批產(chǎn)形式生產(chǎn)的載人飛船，4艘飛船狀態(tài)一致、同步投產(chǎn)，其中GNC系統(tǒng)也保持了相同的技術(shù)狀態(tài)，和之前的11艘神舟飛船相比，該批次飛船GNC系統(tǒng)實現(xiàn)了全面升級。

從發(fā)射時的應(yīng)急救生，到太空中的姿態(tài)和軌道控制；從太陽帆板的對日定向控制，到被譽為“萬里穿針”的空間交會對接；再從繞飛到關(guān)乎航天員生命安全的返回再入……神舟載人飛船整個飛行周期內(nèi)，GNC系統(tǒng)都在幕后默默為飛船的穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。中國迄今發(fā)射的16艘神舟載人飛船和6艘天舟貨運飛船的GNC系統(tǒng)均由航天科技集團(tuán)五院（以下簡稱五院）502所研制。

新一代技術(shù)支撐飛船高精度返回

“載人航天，人命關(guān)天”，返回再入是載人航天的一項基本技術(shù)，也是建設(shè)空間站的關(guān)鍵和必備技術(shù)。我國的飛船返回再入GNC技術(shù)經(jīng)歷了兩代，第一代應(yīng)用于從神舟一號到神舟十一號的11艘飛船上。神舟十二號到神舟十五號這一批次4艘神舟飛船采用的第二代返回再入技術(shù)，使整個返回過程可以實現(xiàn)高精度自主導(dǎo)航，所以此次升級是跨代升級。

“采用二代返回技術(shù)后的最差開傘點精度比一代最好的都好！”據(jù)五院載人航天工程載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計師、502所天地安全返回領(lǐng)域首席專家胡軍介紹：“如果采用一代技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)大范圍的軌道條件變化時就需要地面上的人工干預(yù)，采用二代技術(shù)則GNC系統(tǒng)可以自主適應(yīng)。此外，二代技術(shù)還可以適應(yīng)更寬的在軌、離軌偏差，對氣動特性、質(zhì)量特性等再入條件的魯棒性更強，新的制導(dǎo)策略使制導(dǎo)過程姿態(tài)控制曲線更加平穩(wěn)，過載和推進(jìn)劑決策約束更寬。”

如果說這些說法比較晦澀難懂，那么開傘點精度的概念則通俗很多，采用二代技術(shù)的4艘飛船在開傘點精度方面實現(xiàn)了一個數(shù)量級的提升，可謂做到“指哪兒打哪兒”。

不過，神舟十二號并不是第二代返回技術(shù)的首秀，該技術(shù)此前已經(jīng)在我國嫦娥五號試驗飛行器、新一代載人飛船試驗船、嫦娥五號等型號中得到了驗證。4艘神舟飛船連續(xù)的“落點精準(zhǔn)”，在證明了該方法的科學(xué)性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性和強適應(yīng)性的同時，也推動了空間站關(guān)鍵技術(shù)驗證和建造階段既定任務(wù)的圓滿完成。

 交會對接技術(shù)實現(xiàn)多方面突破

空間交會對接GNC技術(shù)也是載人航天的三大基本技術(shù)之一。神舟十二號到神舟十五號這一批次載人飛船交會對接GNC系統(tǒng)的全面升級，主要就是實現(xiàn)了由慢速交會對接到快速交會對接、由面對單艙到面對多艙、由單對接口到多對接口多個方面的突破?！爸袊慕粫蛹夹g(shù)體現(xiàn)著中國智慧、中國力量！”五院502所交會對接領(lǐng)域首席專家解永春感慨地說。

首先是由慢到快。我國在首批批產(chǎn)飛船中引入了天舟貨運飛船配備的快速交會對接模式。據(jù)悉，根據(jù)任務(wù)要求的快速交會對接小于6.5小時的功能要求，研制團(tuán)隊結(jié)合近距離交會對接的時間設(shè)定，就遠(yuǎn)距離自主交會設(shè)計了多套全自主方案。飛船入軌后，GNC系統(tǒng)不用接收地面的任何注入和指令，便可以全自主控制飛船與空間站進(jìn)行交會對接。

其次是由單到多。針對由單艙到多艙，以及后向?qū)涌谟胸涍\飛船停泊時對后向合作目標(biāo)的遮擋等約束，“升級版”神舟載人飛船在近距離交會方案上對原有設(shè)計狀態(tài)和飛行模式進(jìn)行改造，對交會對接走廊進(jìn)行了新的調(diào)整，增加了新的飛行工況——直接交會方案。相對停泊點交會方案，直接交會方案用時更短，消耗推進(jìn)劑更少。

針對單對接口到多對接口，“升級版”神舟載人飛船增加了徑向交會對接功能。為確保徑向交會對接任務(wù)的萬無一失，研制團(tuán)隊奮斗數(shù)年，攻克了系列關(guān)鍵技術(shù)，開展了大量地面試驗，并在神舟十三號正式實施首次徑向交會對接任務(wù)前，在神舟十二號返回地球前開展了與空間站徑向端口的交會試驗，為后續(xù)徑向交會驗證了關(guān)鍵技術(shù)，為神舟十五號實現(xiàn)完整“T”字構(gòu)型下的前向交會對接，神舟十六號實現(xiàn)空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首次完整“T”字構(gòu)型下的徑向交會對接積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

首批次批產(chǎn)神舟飛船飛行任務(wù)的圓滿成功，進(jìn)一步把我國的交會對接技術(shù)推向成熟。后續(xù)，作為常規(guī)交會對接方式，徑向交會和前向交會在未來任務(wù)中會按需選用。

神舟十二號到神舟十五號載人飛船GNC系統(tǒng)的完美運行是中國力量新的見證，核心技術(shù)的進(jìn)步也為推動航天強國建設(shè)提供了新的支撐。面對新征程新使命，五院將融入時代洪流，勇?lián)鈽s使命，努力在推動高水平科技自立自強中再攀科技高峰。