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5月30日，由中國航天科技（000901）集團五院抓總研制的神舟十六號載人飛船，在長征二號F運載火箭的托舉下，從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，搭載著景海鵬、朱楊柱和桂海潮3名航天員奔向太空，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。

神舟十六號載人飛船是我國空間站應(yīng)用與發(fā)展新階段的首發(fā)載人飛船，也是我國開展的第十一次載人航天飛行任務(wù)。據(jù)悉，神舟十六號載人飛船與空間站組合體徑向交會對接后，3名航天員將進駐空間站核心艙，與神舟十五號乘組進行在軌輪換，6名在軌航天員將“會師”太空。

【資料圖】

都是徑向交會對接，但此次交會對接難度不一樣

中國空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首艘載人飛船的交會對接任務(wù)，也是空間站三艙“T”字構(gòu)型下實施的首次徑向交會對接任務(wù)。記者從航天科技集團五院502所獲悉，相較于空間站建造階段神舟十三號、十四號載人飛船實施的徑向交會對接，神舟十六號載人飛船的交會對接任務(wù)有著不一樣的難度。

首先是面臨著更大的組合體質(zhì)量。據(jù)五院502所有關(guān)負責(zé)人介紹，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時相比變化較大，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的運動特性有所區(qū)別，神舟十六號進行的徑向交會對接需要GNC系統(tǒng)依靠自身的能力克服上述變化帶來的影響。

其次是面臨著更大的組合體尺寸。神舟十六號載人飛船在進行徑向交會對接任務(wù)時，將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)在神舟十六號載人飛船的視野中。

這對于安裝在飛船上的、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(chǎn)生視線上的遮擋，且隨著神舟十六號載人飛船和組合體距離的逐漸逼近，遮擋會越來越多。上述負責(zé)人表示，這就需要GNC系統(tǒng)配備的敏感器依靠自身的抗干擾或目標特性識別能力加以區(qū)分和屏蔽，或者采用不同測量方位、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。

最后面臨的是更復(fù)雜的羽流影響。據(jù)了解，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)動機在工作時，其羽流間的相互影響比以往發(fā)射和對接任務(wù)都更加復(fù)雜。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，這將對懸浮在太空中的空間站姿態(tài)產(chǎn)生影響，且由于組合體艙段的增加，神舟十六號載人飛船任務(wù)中的上述特性更為復(fù)雜。同樣，空間站的噴氣控制也會影響飛船自身的控制。對于這一問題，需要GNC系統(tǒng)在發(fā)動機分組使用和控制方法上優(yōu)化，并通過地面的仿真計算加以驗證，確保交會對接過程在諸多影響下仍能成功完成任務(wù)。

中繼終端升級后，其產(chǎn)品減重近10公斤

在過去近5個月的太空生活中，神舟十五號乘組按計劃完成了空間站平臺維護照料、在軌維修維護等各項工作以及4次出艙活動，飛船上的測控和通信信號均通過中繼終端來完成。記者了解到，截至目前，航天科技集團五院西安分院已為空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙、天舟貨運飛船、神舟載人飛船配備了中繼終端，讓“感覺良好”持續(xù)在線。

本次發(fā)射的神舟十六號載人飛船，將繼續(xù)通過中繼終端搭建的“太空天路”，實現(xiàn)飛船與地面通信的暢通無阻，確保地面測試人員實時掌握飛船的飛行狀態(tài)。據(jù)航天科技集團五院西安分院載人航天工程（603698）任務(wù)負責(zé)人余曉川介紹，與以往的空間站飛行器不同的是，神舟十六號載人飛船采用了具備三大優(yōu)勢的升級版中繼終端。該中繼終端上的所有產(chǎn)品均進行了優(yōu)化升級，以更小更優(yōu)的產(chǎn)品為中國空間站穩(wěn)定高效的運行貢獻力量。

首先是集成程度更高。之前發(fā)射的空間站各類航天器使用的中繼終端產(chǎn)品重量接近36公斤。通過工藝技術(shù)創(chuàng)新，研制團隊對產(chǎn)品進行了小型化、集成化設(shè)計，在原有功能和性能不變的情況下，實現(xiàn)升級版產(chǎn)品減重至27公斤。

其次是處理能力更強。相比以前處理一項工作需要依靠產(chǎn)品中的幾個芯片共同完成，在對產(chǎn)品的數(shù)字處理功能進行大量優(yōu)化升級后，現(xiàn)在僅需一個芯片便可輕松應(yīng)對同一項工作。

最后是國產(chǎn)化率更高。研制團隊大幅提升了國產(chǎn)化元器件的使用，升級后的中繼終端元器件國產(chǎn)化率目前已超過95%。

值得注意的是，在神舟十六號載人飛船儀表上，共有50余幅頁面顯示飛船各部分的情況，根據(jù)載人交會對接任務(wù)的需要，顯示包括世界地圖、航天員身體情況等相關(guān)內(nèi)容。這些都是由作為智能管理員的儀表控制器應(yīng)用軟件提供的。儀表控制器應(yīng)用軟件作為“智慧大腦”，是與航天員直接實現(xiàn)交互的重要系統(tǒng)。

儀表控制器應(yīng)用軟件采用獨特的圖形顯示技術(shù)，通過文字、圖形、動畫的方式，顯示飛船軌跡、姿態(tài)、飛行狀態(tài)以及各分系統(tǒng)信息。據(jù)五院西安分院神舟十六號載人飛船儀表控制器應(yīng)用軟件設(shè)計師張赤萍介紹，使用這一獨特的圖形顯示技術(shù)，不僅能得到新穎的儀表控制器顯示效果，而且實現(xiàn)了空間智能化儀表中圖形、文字的處理與顯示，為航天員執(zhí)行任務(wù)提供了清晰、直觀、舒適的顯示界面。

飛船的“太空出征服”，裁剪效率已提升5倍

熱控多層安裝在航天器及星表設(shè)備表面，猶如衣服一樣確保航天器在太空運行過程中處于正常工作溫度，降低高低溫交變環(huán)境對航天器的影響，于航天器在軌穩(wěn)定運行而言至關(guān)重要。據(jù)了解，神舟十六號載人飛船的“太空出征服”，由航天科技集團五院研制完成。

隨著空間站應(yīng)用與發(fā)展階段拉開序幕，載人飛船的研制周期由原來的2到3年發(fā)射1艘縮短至1年發(fā)射2艘，以空間復(fù)雜曲面為代表的熱控多層的數(shù)量和制作難度急劇增加。面對高密度、高強度的研制任務(wù)，航天科技集團五院總裝與環(huán)境工程部突破了基于超輕超薄/彈性網(wǎng)狀材料的航天器熱控多層集成制造技術(shù)，實現(xiàn)了熱控多層的批量數(shù)字化設(shè)計和自動化制造。

在神舟十六號載人飛船熱控多層研制過程中，熱控多層三維數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，不僅可以對形狀復(fù)雜的設(shè)備表面的熱控多層進行數(shù)字化拓撲建模，也可以對整艘飛船表面的熱控多層進行智能包覆、快速分塊和搭接設(shè)計。

此外，設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)建了精確展平算法，可將三維曲面模型快速、精確展平為自動化生產(chǎn)線可識別的加工圖紙，準確度優(yōu)于技術(shù)指標，徹底改變手工牛皮紙取樣的傳統(tǒng)工作模式，效率提升5倍以上。飛船的“太空出征服”蓬松輕薄，由輕質(zhì)薄膜和高伸縮網(wǎng)狀材料組成，“鋪設(shè)”過程中容易出現(xiàn)褶皺、多層疊放、不易精準重合等難題。鋪縫一體設(shè)備的鋪設(shè)模塊則能輕松有效地解決這些問題，還實現(xiàn)了無人值守的自動鋪設(shè)。

據(jù)五院總裝與環(huán)境工程部有關(guān)負責(zé)人介紹，飛船的“太空出征服”有多個部分、多種形狀，“縫制”過程中，經(jīng)裁剪容易開散?？p制模塊通過對熱控多層內(nèi)部進行仿外輪廓形狀縫制，有效避免了熱控多層裁剪后的開散問題，縫制效率為傳統(tǒng)手工縫制效率的6至7倍，縫制精度提升10倍。

多功能數(shù)控裁床通過多種刀頭的合理組合，實現(xiàn)熱控多層自動連續(xù)精確裁剪，裁剪精度優(yōu)于指標要求，裁剪效率提升5倍，同時，可將其拓展應(yīng)用至載人飛船內(nèi)裝飾、熱控泡沫、加熱被和各類絕緣膜的畫線、裁剪及沖孔等制作過程中。

據(jù)悉，熱控多層生產(chǎn)線建設(shè)期間，研制團隊攻克了輕柔網(wǎng)狀材料張力控制、輕質(zhì)薄膜平整鋪設(shè)、針步自適應(yīng)仿形縫制、高精度數(shù)字化裁剪等多項關(guān)鍵技術(shù)，使熱控多層生產(chǎn)能力實現(xiàn)了從當(dāng)初年產(chǎn)2000套到今天可以年產(chǎn)10000套以上的跨越式提升。