神舟十六號(hào)載人飛船的“成功密碼”

5月30日，長征二號(hào)F遙十六運(yùn)載火箭點(diǎn)火起飛，將航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮搭乘的神舟十六號(hào)載人飛船，精準(zhǔn)送入預(yù)定軌道，我國空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首次載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。

在此次任務(wù)中，中國航天科技集團(tuán)有限公司八院承擔(dān)了神舟十六號(hào)載人飛船的對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、推進(jìn)艙結(jié)構(gòu)與總裝、測控通信子系統(tǒng)、總體電路分系統(tǒng)推進(jìn)艙電纜網(wǎng)及三艙配電器等研制任務(wù)，對(duì)每一件航天產(chǎn)品千錘百煉、精益求精、追求極致，是八院圓滿完成任務(wù)的“成功密碼”。

千錘百煉：“對(duì)接機(jī)構(gòu)”開展上百次地面試驗(yàn)

發(fā)射入軌后，神舟十六號(hào)采取徑向?qū)拥姆绞脚c空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，停靠于空間站核心艙的徑向端口，首次在空間站有人駐留情況下，與90噸級(jí)的空間站組合體進(jìn)行徑向?qū)印?duì)接機(jī)構(gòu)面臨與多構(gòu)型、大噸位、大偏心對(duì)接目標(biāo)的捕獲、緩沖、剛性連接等全新挑戰(zhàn)。

由八院805所研制的對(duì)接機(jī)構(gòu)，自2011年神舟八號(hào)與天宮一號(hào)實(shí)現(xiàn)首次無人交會(huì)對(duì)接以來，已圓滿完成28次在軌交會(huì)對(duì)接任務(wù)（含神舟十六號(hào)對(duì)接）。為確保對(duì)接環(huán)捕獲目標(biāo)的時(shí)長限制在數(shù)秒之間、對(duì)接鎖系的同步性誤差控制在毫米以內(nèi)，使飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)在對(duì)接的一瞬間即可快速捕獲空間站，八院對(duì)接機(jī)構(gòu)研制隊(duì)伍開展了上百次地面捕獲緩沖試驗(yàn)。

依托大量的成功飛行數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)還建立起從對(duì)接機(jī)構(gòu)外協(xié)件到產(chǎn)品化部組件的完整飛行數(shù)據(jù)庫，便于在新批次產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，利用歷史成功數(shù)據(jù)包絡(luò)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配過程進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行預(yù)測，提前發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，提前采取干預(yù)措施，確保產(chǎn)品最終的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)合格。

在軌交會(huì)對(duì)接時(shí)間，從最初的發(fā)射后40多小時(shí)逐步縮短到2小時(shí)，短時(shí)間、高效率的交會(huì)對(duì)接，意味著向空間站運(yùn)輸貨物的時(shí)間大大縮短，航天員可以快速度入住空間站，同時(shí)也對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)的故障處置能力提出了更高要求。

八院對(duì)接機(jī)構(gòu)飛控團(tuán)隊(duì)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)的在軌故障處置預(yù)案，進(jìn)行了新一輪細(xì)化和完善。比如，從原有的預(yù)案中識(shí)別出了多項(xiàng)處置時(shí)間緊急、對(duì)任務(wù)成功有重大影響的故障預(yù)案，重點(diǎn)開展了處置流程優(yōu)化，為后續(xù)飛船執(zhí)行超快速交會(huì)對(duì)接提供了有力保障。

精益求精：載人飛船的“神經(jīng)系統(tǒng)”更加可靠

在神舟十六號(hào)徑向?？科陂g，將有兩艘貨運(yùn)飛船（天舟五號(hào)、天舟六號(hào)）同時(shí)在軌飛行，空間站組合體的質(zhì)量將超過100噸。“三艙三船”的組合體構(gòu)型使得神舟十六號(hào)被其他艙體持續(xù)遮擋，造成飛船長時(shí)間處于太陽無法照射的環(huán)境，給整船的發(fā)電能力、艙外設(shè)備熱控能力、通訊保障能力帶來了極大挑戰(zhàn)。

針對(duì)空間站組合體多達(dá)20余種構(gòu)型以及來訪航天器的不同?？繝顟B(tài)，八院研制團(tuán)隊(duì)提前策劃并實(shí)施了上百項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)和專項(xiàng)測試，驗(yàn)證了飛船在長期停靠全遮擋環(huán)境下的各項(xiàng)性能。經(jīng)過前期4艘載人飛船的在軌飛行驗(yàn)證，可以有效保障神舟十六號(hào)在“暗影相隨”下的在軌能源供電安全、通信鏈路暢通。

八院804所承擔(dān)了神舟十六號(hào)載人飛船測控與通信分系統(tǒng)單機(jī)產(chǎn)品的研制工作，覆蓋空空通信、應(yīng)答機(jī)、遙控遙測、圖像、話音、天線、數(shù)傳等專業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品，負(fù)責(zé)完成載人飛船自主飛行和交會(huì)對(duì)接階段的獨(dú)立測軌、遙測、遙控、圖像話音及數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)，是保障飛行器正常運(yùn)行的“神經(jīng)系統(tǒng)”。

為了讓“神經(jīng)系統(tǒng)”更加可靠，研制團(tuán)隊(duì)通過反復(fù)驗(yàn)證、測試和迭代，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答機(jī)的統(tǒng)型，在確保產(chǎn)品更加可靠穩(wěn)定基礎(chǔ)上，將應(yīng)答機(jī)的體積和功耗都降至上一代產(chǎn)品的一半，大大提升了產(chǎn)品效能和研制效率。

同時(shí)，“太空接線員”——空空通信機(jī)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻模式、非擴(kuò)頻模式自適應(yīng)接收解調(diào)，可實(shí)時(shí)完成兩個(gè)航天器相對(duì)位置和速度信息的傳遞，確保兩個(gè)航天器到達(dá)同一“約會(huì)”地點(diǎn)。此外，這一代的話音處理設(shè)備在原有的“天地話音”鏈路的基礎(chǔ)上，增加了全新的用于交會(huì)對(duì)接的“空空話音”鏈路通道，可以實(shí)現(xiàn)載人飛船與空間站對(duì)接前的高質(zhì)量雙向通話。

追求極致：電源分系統(tǒng)成為百分百“中國心”

電源分系統(tǒng)是神舟十六號(hào)載人飛船的“心臟”。為把這顆“心”牢牢掌握在自己手中，穩(wěn)定持續(xù)地供給能量，八院811所科研人員在新批次的電源分系統(tǒng)研制中，開啟了核心器件國產(chǎn)化的升級(jí)工作。

電源分系統(tǒng)的每一件產(chǎn)品，都需要經(jīng)過振動(dòng)、沖擊、真空、高溫、低溫等種種考核，才能最終選用。從印制板原理驗(yàn)證，到整機(jī)性能測試；從分系統(tǒng)匹配驗(yàn)證，到整船綜合測試，兩年時(shí)間里，811所科研人員完成了30多個(gè)種類、數(shù)百個(gè)自主器件的裝機(jī)驗(yàn)證，使新批次電源分系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)了核心器件自主可控，成為一顆百分百的“中國心”。

中國空間站進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)營后，最多可同時(shí)停泊3艘來訪航天器。神舟載人飛船作為航天員的生命之舟，將長期?？坑谇跋蚨丝诨蛘邚较蚨丝?，并經(jīng)歷組合體多次的軌道維持和調(diào)姿，以及不同來訪航天器的對(duì)接和分離。

為此，電源分系統(tǒng)的太陽電池翼及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，需要調(diào)整姿態(tài)并承受復(fù)雜的外部力量影響。面對(duì)新環(huán)境的使用需求，電源分系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)通過地面數(shù)字仿真分析和模擬驗(yàn)證，對(duì)神舟十六號(hào)的太陽電池翼驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，采用更加柔和的變頻驅(qū)動(dòng)模式。

神舟十六號(hào)的能量平衡策略也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。當(dāng)太陽光照條件較強(qiáng)時(shí)，太陽電池翼長期停控于最有利于發(fā)電的固定位置；當(dāng)面對(duì)太陽光照條件減弱和復(fù)雜遮擋共同影響時(shí)，由空間站提供最低并網(wǎng)供電能量；當(dāng)太陽光照條件進(jìn)一步減弱時(shí)，神舟十六號(hào)將啟動(dòng)太陽電池翼跟蹤太陽，補(bǔ)充自身用電需求。

這樣的優(yōu)化策略，既可以充分節(jié)省機(jī)械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)損耗，又可以最大程度減少自身對(duì)空間站電網(wǎng)的依賴，有利于神舟十六號(hào)電源分系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。（記者張建松）