神州十六号抵达空间站，交会对接难在哪儿？
本文来自微信公众号：科技日报（ID：kjrbwx），作者：付毅飞，题图来自：视觉中国
据中国载人航天工程办公室消息，神舟十六号载人飞船入轨后，于北京时间2023年5月30日16时29分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，整个对接过程历时约6.5小时。
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按任务计划，3名航天员随后将从神舟十六号载人飞船进入空间站天和核心舱。神舟十五号航天员乘组已做好迎接神舟十六号航天员乘组进驻各项准备工作。
记者从中国航天科技集团五院了解到，这是中国空间站应用与发展阶段首艘载人飞船的交会对接任务，也是空间站三舱“T”字构型下实施的首次径向交会对接任务。相较于空间站建造阶段神舟十三号、十四号实施的径向交会对接，神舟十六号交会对接任务难度更大，这对该院502所自主研发的我国空间交会对接GNC（制导导航与控制）系统提出了更高要求。
三维高清模拟图。图片来源：中国航天科技集团八院
难点一：组合体质量更大
随着问天实验舱、梦天实验舱，以及神舟载人飞船、天舟货运飞船等舱段和飞船相继加入，空间站组合体的尺寸、质量、惯量、重心位置等影响姿态控制的核心要素，与核心舱单舱相比变化较大，部分参数甚至存在跨数量级的增长。
此前神舟十四号径向停靠空间站，飞船的对接目标为47吨级；此次神舟十六号将首次在空间站有人驻留情况下，与90吨级的空间站组合体进行径向对接。为此，对接机构面临着与多构型、大吨位、大偏心对接目标的捕获、缓冲、刚性连接等全新挑战。
三维高清模拟图。图片来源：中国航天科技集团八院
飞船交会对接特别是近距离对接时，采用的是相对姿态位置控制方法，空间站运动特性的变化将直接影响飞船交会对接控制过程。
虽然神舟十五号已经成功完成空间站“T”字构型的交会对接任务，但其对接的位置为空间站前向对接口。由于空间站在不同方向上运动特性有所区别，神舟十六号进行的径向对接，需要GNC系统依靠自身的能力克服上述变化带来的影响。
难点二：更多视线遮挡
神舟十六号在进行径向交会对接任务时，将沿着天和核心舱下方的径向对接口逐渐靠近空间站组合体，从飞船的视角看，天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟六号货运飞船以及神舟十五号飞船均会出现在其视野中。
三维高清模拟图。图片来源：中国航天科技集团八院
这对于神舟十六号上需要以宇宙背景或太阳作为观测目标的测量敏感器来说，将产生视线上的遮挡。而且随着飞船和组合体逐渐靠近，遮挡会越来越多。
为此，需要依靠GNC系统敏感器自身的抗干扰和目标特性识别能力加以区分和屏蔽，或是采用不同测量方位、不同测量体制的备份测量敏感器，保证持续、准确地测量。
难点三：羽流影响更复杂
当两个航天器距离较近时，发动机喷出的气流会相互产生影响，这在业内被称作“羽流影响”。
空间站组合体尺寸增大，会导致飞船和空间站组合体的发动机工作时，羽流影响比以往对接任务时更加复杂。
三维高清模拟图。图片来源：中国航天科技集团八院
飞船在近距离交会过程中，需要频繁启动发动机对相对姿态和位置进行调整，这将对空间站姿态产生影响。组合体舱段的增加，会使上述特性更为复杂。反之，空间站的喷气控制也会影响飞船的控制。
针对该问题，需要GNC系统在发动机分组使用和控制方法上进行优化，并通过地面仿真计算加以验证，确保交会对接任务在诸多影响下仍能成功。
本文来自微信公众号：科技日报（ID：kjrbwx），作者：付毅飞
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