神舟十六號載人飛船的“成功密碼”

5月30日，長征二號F遙十六運載火箭點火起飛，將航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮搭乘的神舟十六號載人飛船，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)了神舟十六號載人飛船的對接機構(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：“對接機構(gòu)”開展上百次地面試驗

發(fā)射入軌后，神舟十六號采取徑向?qū)拥姆绞脚c空間站進(jìn)行交會對接，?？坑诳臻g站核心艙的徑向端口，首次在空間站有人駐留情況下，與90噸級的空間站組合體進(jìn)行徑向?qū)?。對接機構(gòu)面臨與多構(gòu)型、大噸位、大偏心對接目標(biāo)的捕獲、緩沖、剛性連接等全新挑戰(zhàn)。

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

依托大量的成功飛行數(shù)據(jù)，團(tuán)隊還建立起從對接機構(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)對產(chǎn)品的生產(chǎn)裝配過程進(jìn)行指導(dǎo)，對產(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)品最終的各項性能數(shù)據(jù)合格。

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

八院對接機構(gòu)飛控團(tuán)隊不斷總結(jié)經(jīng)驗，對對接機構(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)案中識別出了多項處置時間緊急、對任務(wù)成功有重大影響的故障預(yù)案，重點開展了處置流程優(yōu)化，為后續(xù)飛船執(zhí)行超快速交會對接提供了有力保障。

精益求精：載人飛船的“神經(jīng)系統(tǒng)”更加可靠

在神舟十六號徑向停靠期間，將有兩艘貨運飛船（天舟五號、天舟六號）同時在軌飛行，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)型使得神舟十六號被其他艙體持續(xù)遮擋，造成飛船長時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)隊提前策劃并實施了上百項環(huán)境試驗和專項測試，驗證了飛船在長期?？咳趽醐h(huán)境下的各項性能。經(jīng)過前期4艘載人飛船的在軌飛行驗證，可以有效保障神舟十六號在“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)了神舟十六號載人飛船測控與通信分系統(tǒng)單機產(chǎn)品的研制工作，覆蓋空空通信、應(yīng)答機、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對接階段的獨立測軌、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)隊通過反復(fù)驗證、測試和迭代，實現(xiàn)了應(yīng)答機的統(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，“太空接線員”——空空通信機實現(xiàn)擴頻模式、非擴頻模式自適應(yīng)接收解調(diào)，可實時完成兩個航天器相對位置和速度信息的傳遞，確保兩個航天器到達(dá)同一“約會”地點。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對接的“空空話音”鏈路通道，可以實現(xiàn)載人飛船與空間站對接前的高質(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)化的升級工作。

電源分系統(tǒng)的每一件產(chǎn)品，都需要經(jīng)過振動、沖擊、真空、高溫、低溫等種種考核，才能最終選用。從印制板原理驗證，到整機性能測試；從分系統(tǒng)匹配驗證，到整船綜合測試，兩年時間里，811所科研人員完成了30多個種類、數(shù)百個自主器件的裝機驗證，使新批次電源分系統(tǒng)全面實現(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)化運營后，最多可同時停泊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冢⒔?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接和分離。

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

神舟十六號的能量平衡策略也進(jìn)一步實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化。當(dāng)太陽光照條件較強時，太陽電池翼長期?？赜谧钣欣诎l(fā)電的固定位置；當(dāng)面對太陽光照條件減弱和復(fù)雜遮擋共同影響時，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，神舟十六號將啟動太陽電池翼跟蹤太陽，補充自身用電需求。

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