5月30日,长征二号F遥十六运载火箭点火起飞,将航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮搭乘的神舟十六号载人飞船,精准送入预定轨道,我国空间站应用与发展阶段首次载人飞行任务取得圆满成功。

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在此次任务中,中国航天科技集团有限公司八院承担了神舟十六号载人飞船的对接机构分系统、电源分系统、推进舱结构与总装、测控通信子系统、总体电路分系统推进舱电缆网及三舱配电器等研制任务,对每一件航天产品千锤百炼、精益求精、追求极致,是八院圆满完成任务的“成功密码”。

千锤百炼:“对接机构”开展上百次地面试验

发射入轨后,神舟十六号采取径向对接的方式与空间站进行交会对接,停靠于空间站核心舱的径向端口,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。对接机构面临与多构型、大吨位、大偏心对接目标的捕获、缓冲、刚性连接等全新挑战。

由八院805所研制的对接机构,自2011年神舟八号与天宫一号实现首次无人交会对接以来,已圆满完成28次在轨交会对接任务(含神舟十六号对接)。为确保对接环捕获目标的时长限制在数秒之间、对接锁系的同步性误差控制在毫米以内,使飞船对接机构在对接的一瞬间即可快速捕获空间站,八院对接机构研制队伍开展了上百次地面捕获缓冲试验。

依托大量的成功飞行数据,团队还建立起从对接机构外协件到产品化部组件的完整飞行数据库,便于在新批次产品的生产过程中,利用历史成功数据包络对产品的生产装配过程进行指导,对产品性能进行预测,提前发现潜在缺陷,提前采取干预措施,确保产品最终的各项性能数据合格。

在轨交会对接时间,从最初的发射后40多小时逐步缩短到2小时,短时间、高效率的交会对接,意味着向空间站运输货物的时间大大缩短,航天员可以快速度入住空间站,同时也对对接机构的故障处置能力提出了更高要求。

八院对接机构飞控团队不断总结经验,对对接机构的在轨故障处置预案,进行了新一轮细化和完善。比如,从原有的预案中识别出了多项处置时间紧急、对任务成功有重大影响的故障预案,重点开展了处置流程优化,为后续飞船执行超快速交会对接提供了有力保障。

精益求精:载人飞船的“神经系统”更加可靠

在神舟十六号径向停靠期间,将有两艘货运飞船(天舟五号、天舟六号)同时在轨飞行,空间站组合体的质量将超过100吨。“三舱三船”的组合体构型使得神舟十六号被其他舱体持续遮挡,造成飞船长时间处于太阳无法照射的环境,给整船的发电能力、舱外设备热控能力、通讯保障能力带来了极大挑战。

针对空间站组合体多达20余种构型以及来访航天器的不同停靠状态,八院研制团队提前策划并实施了上百项环境试验和专项测试,验证了飞船在长期停靠全遮挡环境下的各项性能。经过前期4艘载人飞船的在轨飞行验证,可以有效保障神舟十六号在“暗影相随”下的在轨能源供电安全、通信链路畅通。

八院804所承担了神舟十六号载人飞船测控与通信分系统单机产品的研制工作,覆盖空空通信、应答机、遥控遥测、图像、话音、天线、数传等专业领域产品,负责完成载人飞船自主飞行和交会对接阶段的独立测轨、遥测、遥控、图像话音及数据传输等任务,是保障飞行器正常运行的“神经系统”。

为了让“神经系统”更加可靠,研制团队通过反复验证、测试和迭代,实现了应答机的统型,在确保产品更加可靠稳定基础上,将应答机的体积和功耗都降至上一代产品的一半,大大提升了产品效能和研制效率。

同时,“太空接线员”——空空通信机实现扩频模式、非扩频模式自适应接收解调,可实时完成两个航天器相对位置和速度信息的传递,确保两个航天器到达同一“约会”地点。此外,这一代的话音处理设备在原有的“天地话音”链路的基础上,增加了全新的用于交会对接的“空空话音”链路通道,可以实现载人飞船与空间站对接前的高质量双向通话。

追求极致:电源分系统成为百分百“中国心”

电源分系统是神舟十六号载人飞船的“心脏”。为把这颗“心”牢牢掌握在自己手中,稳定持续地供给能量,八院811所科研人员在新批次的电源分系统研制中,开启了核心器件国产化的升级工作。

电源分系统的每一件产品,都需要经过振动、冲击、真空、高温、低温等种种考核,才能最终选用。从印制板原理验证,到整机性能测试;从分系统匹配验证,到整船综合测试,两年时间里,811所科研人员完成了30多个种类、数百个自主器件的装机验证,使新批次电源分系统全面实现了核心器件自主可控,成为一颗百分百的“中国心”。

中国空间站进入常态化运营后,最多可同时停泊3艘来访航天器。神舟载人飞船作为航天员的生命之舟,将长期停靠于前向端口或者径向端口,并经历组合体多次的轨道维持和调姿,以及不同来访航天器的对接和分离。

为此,电源分系统的太阳电池翼及其驱动系统,需要调整姿态并承受复杂的外部力量影响。面对新环境的使用需求,电源分系统研制团队通过地面数字仿真分析和模拟验证,对神舟十六号的太阳电池翼驱动系统进行了升级,采用更加柔和的变频驱动模式。

神舟十六号的能量平衡策略也进一步实现动态优化。当太阳光照条件较强时,太阳电池翼长期停控于最有利于发电的固定位置;当面对太阳光照条件减弱和复杂遮挡共同影响时,由空间站提供最低并网供电能量;当太阳光照条件进一步减弱时,神舟十六号将启动太阳电池翼跟踪太阳,补充自身用电需求。

这样的优化策略,既可以充分节省机械结构的转动损耗,又可以最大程度减少自身对空间站电网的依赖,有利于神舟十六号电源分系统的稳定安全运行。