11月29日23时许，神舟十五号载人飞船成功发射。航天员费俊龙、邓清明、张陆乘坐飞船进入太空。随后，神舟十五号载人飞船顺利与“T”字构型中国空间站交会对接，组成中国空间站前所未有的6舱段组合体结构，6名航天员首次同时在轨。
神舟十五号载人飞船与中国空间站对接后，空间站会用电紧张吗？针对中国空间站的后续运营，神舟飞船如何更加安全可靠地完成载人任务？
神十四、神十五乘组太空合影。载人航天工程(603698)办公室供图
【资料图】
功率最大、功能最复杂的“供电管家”
空间站组合体要实现正常在轨运行，舱段的供电管理十分重要。
据航天科技(000901)集团五院相关负责人介绍，空间站由天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱这三个超大型航天器组成，供电方式复杂，用电需求大，采用了单舱独立供电和组合体并网供电两种模式。但是，当航天器太阳能(000591)帆板受空间位置、轨道姿态等影响出现遮挡，不足以满足自身负载功率需求时，就需要组合体间相互并网来解决大型组合体中不同舱段的能源调配问题。
为此，作为空间站供配电单机的重要研制单位，航天科技集团五院529厂开展了并网控制器的研制和攻关工作，实现空间站三舱之间，空间站与神舟载人飞船、天舟货运飞船等来访飞行器之间的能源系统并网控制，为空间站组合体大能源系统构建“供电管家”。
在空间站建造任务中，研制人员共为空间站能源系统提供3类6台并网供电设备，分别为并网控制器I、并网控制器II和并网控制器III，皆“居住”在空间站核心舱内。
其中，并网控制器I负责空间站核心、问天、梦天三舱之间的并网供电控制，并网控制器II负责空间站与货运飞船之间双向并网供电控制，并网控制器III负责空间站与载人飞船之间并网供电。
各设备分工明确、责任清楚，空间站三舱、货运飞船以及载人飞船的能源系统通过并网形成一个大型的能源系统，实现组合体间的能源智能调配和故障重构。相较于其他星载电源产品，具有功率最大、功能最复杂、工作模式最多、控制方式智能化、可靠性要求高等特点，是航天科技集团五院529厂在50多年宇航电源研制基础上打造的核心电源产品。
为了保障空间站能源系统的可靠工作，航天科技集团五院研制团队开展了大量调研、理论分析和试验验证等工作，在原理样机、试验件、电性件、鉴定件以及正样件的研制过程中突破多项关键技术。
据介绍，为保证空间站组合体电源系统的稳定性和安全性，并网控制器采用了“并网柔性接入退出、远程电压控制”等技术，按照对接舱体实际供电电压，智能调节并网控制器输出电压，使各单舱能源系统与组合体能源系统之间实现“柔性”并网。
此外，并网控制器还采用“高压大功率DC/DC变换”“双向双模式并网控制”“短路检测和过载保护”等多项关键技术，可保证其当好空间站三舱能源系统的“并网管家”，同时还能承担来访飞行器“兼职并网管家”的重任，实现货运飞船、载人飞船在轨并网，为我国空间站能源系统保驾护航。
研制人员为并网供电设备做测试。资料图片/航天科技集团五院529厂供图
6舱（船）均配备中继终端，让“感觉良好”持续在线
作为神舟十四号飞船的备份船，神舟十五号早在神舟十四号发射前就已经完成准备，进入应急救援状态。按计划，神舟十四号和神舟十五号乘组将交叉驻留，进行首次在轨工作交接。在轨驻留期间，神舟十五号乘组计划将实施数次出舱活动，并开展科普教育、在轨科学试验等工作。
神舟十四号乘组航天员的太空活动场景、太空出舱活动、航天员从空间站拍摄的太空大片，都是通过中继终端传回地面的。神舟十四号上所有的测控和通信信号也都是通过中继终端来完成。此次，神舟十五号继续通过中继终端搭建的太空“天路”，建立与地面之间的天地通信通道。
中继终端是地面对飞船进行测控和通信的重要通道，也是我国中继卫星系统的用户终端设备。中继终端具体是怎么工作的？实际上，中继终端在神舟十五号与火箭分离后几分钟，便会开机工作。根据神舟十五号飞行程序的指令链要求，中继终端中的设备会计算出中继终端天线的指向数据。
之后，中继终端中的转动设备将中继天线指向天链中继卫星。这样就完成了对天链中继卫星的捕获跟踪，建立从神舟飞船到天链中继卫星再到地面的通信链路，实现了神舟十五号与地面通信的畅通，确保地面的测试人员实时掌握飞船的飞行状态。
航天科技集团五院西安分院载人航天任务负责人余晓川表示，“通过中继终端与天链中继卫星建立的天基测控通信系统，地面对神舟十五号飞船的测控覆盖率接近100%。在目前的中国空间站中，研制团队为6舱（船）均配备了中继终端，让‘感觉良好’持续在线”。
记者了解到，此次神舟十五号飞船上10余副天线的信号接收和发送都是通过天线网络来为其提供信号通路。神舟十五号上的天线网络虽然“身板小”，却是飞船天线信号的枢纽。
神舟十五号飞船的天线网络，由USB天线网络、VHF天线网络、GNSS天线网络三部分组成。
航天科技集团五院西安分院神舟十五号飞船天线网络研制负责人朋毅告诉记者，当飞船的通信信号要通过天线网络的时候，其首先要对信号进行分路或合成，并通过双工器对信号的杂波进行过滤，然后转换为可接收或发送的信号。
“其中的GNSS天线网络还在后续航天员返回地面的过程中发挥关键作用。研制人员为中国空间站除天舟五号货运飞船外的5舱（船）均配备了天线网络。”朋毅说。
研制人员讨论空间站中继终端产品的测试工作。资料图片/航天科技集团五院西安分院供图
“神舟舵手”升级，让飞船更加安全可靠
神舟十五号载人任务的实施，进一步验证了在空间站最复杂构型背景下，GNC技术对交会对接羽流影响以及各种敏感器遮挡影响较大情况下的自适应控制能力，验证了复杂构型下的安全交会和安全撤离；验证了两艘飞船同时在“站”时的信息合理分配利用，为下一阶段空间站的长期运营打下良好基础。这其中，GNC系统是关键。
GNC系统（制导导航与控制系统）是神舟载人飞船的核心分系统，研制人员把该系统称之为“神舟舵手”。从飞船发射时的应急救生，到飞行过程中的姿态与轨道控制、帆板控制，再到与空间站全自主的交会对接，以及绕飞、人控操作、返回地球等，均由GNC系统保证。
神舟十二号至神舟十五号飞船是我国首批批产神舟飞船，硬件研制过程采用信息化手段和工具组批生产，改变了过去单件研制方式，通过生产线的方式快速高效生产、降低成本；软件方案持续优化，在确保航天员安全、飞船可靠的情况下，技术一步步赶超国际。
相较于神舟十二号之前的11艘神舟飞船，此后研制的神舟飞船，其GNC系统的大脑控制计算机进行了升级，软件由汇编语言升级到了C语言；交会对接方面在远距离段增加了全自主的远程导引，中近距离段增加了中瞄点和径向交会对接；在返回阶段，制导方式由以前的标准弹道方式升级为自适应预测制导方式。
从神舟十二号到神舟十五号，4艘飞船飞行任务的实施全面验证了建造阶段GNC系统有关关键技术。
据航天科技集团五院502所神舟飞船研制人员张昊介绍，“从飞行验证的结果看，首批批产神舟飞船的GNC系统表现优异，在轨状态符合设计预期，为后续面向空间站运营投产的第二批批产飞船创造了良好条件。”
据悉，第二批批产飞船GNC系统在整体的产品配置方面不会有太大变化，将主要围绕高质量、高效率、高效益进行多项改进优化，比如数据判读的方便性、地面测试的自动化等，努力让我国神舟飞船更加安全可靠地完成载人任务，为中国空间站后续运营创造更多“中国奇迹”。
新京报记者 张建林
编辑 白爽 校对 陈荻雁
关键词：
