“天神”牵手上演太空华尔兹

“天神”牵手，令人惊叹的太空华尔兹上演了。10月19日3时31分，两天前刚刚发射升空的神舟十一号载人飞船，与我国第一个空间实验室天宫二号成功实现自动交会对接，拉开了这场为期30天的演出帷幕。

茫茫太空，布满宇宙射线、高能粒子，想要在这里平稳飞行，并不容易，既不能由着性子、天马行空，也不能随意乱飞、踏错了舞步。那么，“天神”组合一体后，将如何携手畅游浩瀚苍穹、探索广袤宇宙，中国青年报·中青在线记者采访相关专家进行揭秘。

在地面高速公路上，车辆行驶时，只需控制前进方向，但要想在太空实现这一点，难度很大，需要精准地控制上、下、左、右、前、后等多个方向，这对航天器的控制系统要求极高。正如航天科技集团五院院长张洪太所说的，打造出最佳的“天神”组合，尤其是其控制系统，是航天员安全、高效、愉悦地投身各项飞行试验任务的前提。

虽然已是一个组合体，但天宫二号与神舟十一号在组合体中的分工却有不同。

“天神”对接后，组合体姿态和轨道的控制权将交由天宫二号负责，换句话说，这场太空华尔兹表演，由组合体中的天宫二号来主导。

相应地，作为舞伴的神舟十一号，则“退居二线”，将关闭大部分设备，小憩一段时间，只承担太阳能帆板的控制职责，保证随时为组合体提供稳定的能源保障。

五院502所GNC系统主任设计师蔡彪告诉记者，研制人员在天宫一号与神舟八号、神舟九号、神舟十号组合体控制成功经验的基础上，针对此次“天神”组合的任务特点，优化软件算法、智能控制、硬件性能、抗干扰等方面，在很大程度上提升了组合体控制的性能和效率效益。

比如，连续快速地捕捉太阳，获取能量。

“天神”组合体在太空运行时，其所需要的电力能源，都要依赖太阳能的支撑和转化。完成这一过程的前提是，“天神”组合体上的太阳能帆板，需要始终对准太阳，尽可能多地接受阳光的照射。

蔡彪说，五院的研制人员为此做了两件事，一是研制出一款性能更优的光学成像敏感器，这让太阳能帆板对太阳的捕捉效率提升了数十倍，进一步提高了太阳帆板跟踪能力。

第二件事是，研制人员第一次为“天神”组合体武装了“连续快速机动”的飞天神器。根据五院专家的说法，有了这一神器，“天神”组合只需轻巧地“扇动”太阳能帆板这对“双翅”，就能转动身体捕捉太阳，快速、灵活地以最佳角度接受阳光的辐照。

蔡彪说，这主要是应对“天神”组合体长期在轨运行可能面临的太阳方位不好等恶劣情况，如此以来，就能让组合体实时保持充足的能量供应，这一方面有力支持了组合体更长时间的稳定飞行，也为“天神”组合内各项科学实验的顺利进行提供了有力支撑。

另一个值得关注的技术，就是控制力矩陀螺，一个专门用于大型变结构组合体控制的系统。根据五院专家的说法，他们研制、优化这一技术，不仅可以大大节约推进剂的消耗，还提升了组合体在轨运行时姿态调整的效率。

根据五院专家的说法，他们能够在实现角动量管理的同时，保证当某一控制力矩陀螺出现异常或故障时，可以无缝切换并保证系统姿态干扰最小。

与此同时，他们所设计的大角度姿态机动算法，还在一定程度上保证了组合体在“正飞”和“倒飞”中灵活平稳切换。

专家表示，多机冷备份GNC控制器，具备“三机”自主故障诊断故障和自主切换能力，当其中“一机”自主识别出问题时，会自动实现交接班，从而可以一直保证组合体的正常工作，使组合体的工作寿命可以达到寿命指标的2到3倍。

那么，在复杂的太空环境中，万一遇到突发情况该怎么办？

根据五院的专家的说法，他们所研制的控制系统，均采用了多重备份的系统配置，制定了十余种正常和安全飞行模式，保证了当出现任何一重故障时，组合体可以完全正常工作。这些，就是“天神”组合体“托底”的技术。

按照专家的说法，这样一来，即使飞船分离时，姿态出现剧烈晃动，设计出的轨迹规划依旧可以保证天宫二号、神舟十一号的有效控制，并在一分钟之内，回归到正常稳定对地飞行状态，同时，还可以实现飞船在分离和撤离过程中，一直“盯着”天宫二号，以防发生分离后的碰撞，从而最大限度的保证了飞船分离和撤离过程中的平稳和安全。

五院的专家告诉记者，通过“天神”组合的飞行试验，将对变构型组合体的自适应控制进行初步验证，并进一步检验和完善组合体控制系统的自主故障诊断、智能控制能力，这些都将为未来空间站多舱段融合和整体运行控制打下技术基础，加快中国人构建自己的空间站的步伐。 

文字：邱晨辉

编辑：韩雅璐

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