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“天神之吻”難度再升級!揭秘空間站“T”字構(gòu)型下首次徑向交會對接的核心科技力量

時間:2023年05月31日 信息來源:本站原創(chuàng) 點擊:829 字體:

2023年5月30日,由航天科技集團五院(以下簡稱五院)抓總研制的神舟十六號載人飛船成功發(fā)射。飛船入軌后,于當日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。隨后,神舟十六號3名航天員順利進駐中國空間站,與神舟十五號航天員乘組拍下“全家?!薄?/p>


這是空間站三艙“T”字構(gòu)型下實施的首次徑向交會對接任務(wù)。面對更大的組合體質(zhì)量、更大的組合體尺寸和更復(fù)雜的羽流影響帶來的挑戰(zhàn),五院研制團隊克服了敏感器視場遮擋等難題,取得了任務(wù)的圓滿成功,標志著由五院自主研發(fā)的我國空間交會對接制導(dǎo)導(dǎo)航與控制(GNC)技術(shù)進一步成熟。


此次任務(wù)是“神舟”系列飛船在軌執(zhí)行的第12次交會對接任務(wù)。2011年,神舟八號與天宮一號首次開展交會對接,之后歷次交會對接都做到了平穩(wěn)有序、快速準確,交會對接技術(shù)也實現(xiàn)了不斷創(chuàng)新、更加先進,這背后離不開五院飛船GNC系統(tǒng)研制人員持續(xù)多年的刻苦攻關(guān)。


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01

更大的組合體質(zhì)量


隨著問天實驗艙、夢天實驗艙以及神舟載人飛船、天舟貨運飛船等更多艙段和飛船的相繼加入,空間站組合體的尺寸、質(zhì)量、慣量以及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。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的交會對接控制過程。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?,由于空間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)有枰狦NC系統(tǒng)依靠自身的能力克服上述變化帶來的影響。


02
更大的組合體尺寸


神舟十六號在進行徑向交會對接任務(wù)時,會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載人飛船均會出現(xiàn)在神舟十六號飛船的視野中,這對于在神舟十六號上安裝的、需要以宇宙背景或太陽作為觀測目標的測量敏感器會產(chǎn)生視線遮擋。隨著神舟十六號飛船和組合體距離逐漸縮短,遮擋會越來越多,需要依靠GNC系統(tǒng)配備的敏感器自身的抗干擾或目標特性識別能力加以屏蔽和區(qū)分,或采用不同測量方位、測量體制的備份測量敏感器來保證持續(xù)、準確的測量能力。


03
更復(fù)雜的羽流影響

空間站組合體尺寸的增大還使得飛船和空間站組合體的發(fā)動機工作時,羽流間的相互影響相比以往的發(fā)射和對接任務(wù)變得更加復(fù)雜:一方面,飛船在近距離交會過程中需要頻繁啟動發(fā)動機進行相對姿態(tài)和位置的調(diào)整,這將對空間站姿態(tài)產(chǎn)生影響;另一方面,空間站的噴氣也會影響飛船的姿態(tài)。對于這一問題,需要GNC系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)動機分組使用和控制方法,并通過地面仿真計算加以驗證,確保交會對接過程在諸多影響下仍能圓滿完成。





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