2023年6月4日，伴著地球嶄新一天似火的朝陽(yáng)，經(jīng)歷了太空中電光火石洗禮的神舟十五號(hào)載人飛船返回艙，在由航天科技集團(tuán)五院研制的GNC系統(tǒng)駕馭下，飄然歸來(lái)，成功著陸在預(yù)定著陸區(qū)。

▲ 著陸現(xiàn)場(chǎng)

這不僅標(biāo)志著我國(guó)首批批產(chǎn)神舟載人飛船圓滿完成各項(xiàng)既定任務(wù)，也標(biāo)志著自神舟十二號(hào)載人飛船起，全面升級(jí)的以自主快速交會(huì)對(duì)接、自主自適應(yīng)預(yù)測(cè)再入返回制導(dǎo)為特征的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)（GNC系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，且經(jīng)過(guò)4次飛行任務(wù)各種工況的全面歷練，得到完整驗(yàn)證。

GNC系統(tǒng)是神舟載人飛船的核心分系統(tǒng)，是體現(xiàn)飛船科技水平的重要標(biāo)志。由五院抓總研制的神舟十二號(hào)到神舟十五號(hào)載人飛船是我國(guó)首次以批產(chǎn)形式生產(chǎn)的載人飛船，4艘飛船狀態(tài)一致、同步投產(chǎn)，其中GNC系統(tǒng)也保持了相同的技術(shù)狀態(tài)，和之前的11艘神舟飛船相比，該批次飛船GNC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全面升級(jí)。

從發(fā)射時(shí)的應(yīng)急救生，到太空中的姿態(tài)和軌道控制；從太陽(yáng)帆板的對(duì)日定向控制，到被譽(yù)為“萬(wàn)里穿針”的空間交會(huì)對(duì)接；再?gòu)睦@飛到關(guān)乎航天員生命安全的返回再入……神舟載人飛船整個(gè)飛行周期內(nèi)，GNC系統(tǒng)都在幕后默默為飛船的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。中國(guó)迄今發(fā)射的16艘神舟載人飛船和6艘天舟貨運(yùn)飛船的GNC系統(tǒng)均由航天科技集團(tuán)五院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)五院）502所研制。

新一代技術(shù)支撐飛船高精度返回

“載人航天，人命關(guān)天”，返回再入是載人航天的一項(xiàng)基本技術(shù)，也是建設(shè)空間站的關(guān)鍵和必備技術(shù)。我國(guó)的飛船返回再入GNC技術(shù)經(jīng)歷了兩代，第一代應(yīng)用于從神舟一號(hào)到神舟十一號(hào)的11艘飛船上。神舟十二號(hào)到神舟十五號(hào)這一批次4艘神舟飛船采用的第二代返回再入技術(shù)，使整個(gè)返回過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)高精度自主導(dǎo)航，所以此次升級(jí)是跨代升級(jí)。

“采用二代返回技術(shù)后的最差開(kāi)傘點(diǎn)精度比一代最好的都好！”據(jù)五院載人航天工程載人飛船系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師、502所天地安全返回領(lǐng)域首席專(zhuān)家胡軍介紹：“如果采用一代技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)大范圍的軌道條件變化時(shí)就需要地面上的人工干預(yù)，采用二代技術(shù)則GNC系統(tǒng)可以自主適應(yīng)。此外，二代技術(shù)還可以適應(yīng)更寬的在軌、離軌偏差，對(duì)氣動(dòng)特性、質(zhì)量特性等再入條件的魯棒性更強(qiáng)，新的制導(dǎo)策略使制導(dǎo)過(guò)程姿態(tài)控制曲線更加平穩(wěn)，過(guò)載和推進(jìn)劑決策約束更寬?！?/p>

如果說(shuō)這些說(shuō)法比較晦澀難懂，那么開(kāi)傘點(diǎn)精度的概念則通俗很多，采用二代技術(shù)的4艘飛船在開(kāi)傘點(diǎn)精度方面實(shí)現(xiàn)了一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升，可謂做到“指哪兒打哪兒”。

不過(guò)，神舟十二號(hào)并不是第二代返回技術(shù)的首秀，該技術(shù)此前已經(jīng)在我國(guó)嫦娥五號(hào)試驗(yàn)飛行器、新一代載人飛船試驗(yàn)船、嫦娥五號(hào)等型號(hào)中得到了驗(yàn)證。4艘神舟飛船連續(xù)的“落點(diǎn)精準(zhǔn)”，在證明了該方法的科學(xué)性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性和強(qiáng)適應(yīng)性的同時(shí)，也推動(dòng)了空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和建造階段既定任務(wù)的圓滿完成。

 交會(huì)對(duì)接技術(shù)實(shí)現(xiàn)多方面突破

空間交會(huì)對(duì)接GNC技術(shù)也是載人航天的三大基本技術(shù)之一。神舟十二號(hào)到神舟十五號(hào)這一批次載人飛船交會(huì)對(duì)接GNC系統(tǒng)的全面升級(jí)，主要就是實(shí)現(xiàn)了由慢速交會(huì)對(duì)接到快速交會(huì)對(duì)接、由面對(duì)單艙到面對(duì)多艙、由單對(duì)接口到多對(duì)接口多個(gè)方面的突破?！爸袊?guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)體現(xiàn)著中國(guó)智慧、中國(guó)力量！”五院502所交會(huì)對(duì)接領(lǐng)域首席專(zhuān)家解永春感慨地說(shuō)。

首先是由慢到快。我國(guó)在首批批產(chǎn)飛船中引入了天舟貨運(yùn)飛船配備的快速交會(huì)對(duì)接模式。據(jù)悉，根據(jù)任務(wù)要求的快速交會(huì)對(duì)接小于6.5小時(shí)的功能要求，研制團(tuán)隊(duì)結(jié)合近距離交會(huì)對(duì)接的時(shí)間設(shè)定，就遠(yuǎn)距離自主交會(huì)設(shè)計(jì)了多套全自主方案。飛船入軌后，GNC系統(tǒng)不用接收地面的任何注入和指令，便可以全自主控制飛船與空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。

其次是由單到多。針對(duì)由單艙到多艙，以及后向?qū)涌谟胸涍\(yùn)飛船停泊時(shí)對(duì)后向合作目標(biāo)的遮擋等約束，“升級(jí)版”神舟載人飛船在近距離交會(huì)方案上對(duì)原有設(shè)計(jì)狀態(tài)和飛行模式進(jìn)行改造，對(duì)交會(huì)對(duì)接走廊進(jìn)行了新的調(diào)整，增加了新的飛行工況——直接交會(huì)方案。相對(duì)停泊點(diǎn)交會(huì)方案，直接交會(huì)方案用時(shí)更短，消耗推進(jìn)劑更少。

針對(duì)單對(duì)接口到多對(duì)接口，“升級(jí)版”神舟載人飛船增加了徑向交會(huì)對(duì)接功能。為確保徑向交會(huì)對(duì)接任務(wù)的萬(wàn)無(wú)一失，研制團(tuán)隊(duì)奮斗數(shù)年，攻克了系列關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展了大量地面試驗(yàn)，并在神舟十三號(hào)正式實(shí)施首次徑向交會(huì)對(duì)接任務(wù)前，在神舟十二號(hào)返回地球前開(kāi)展了與空間站徑向端口的交會(huì)試驗(yàn)，為后續(xù)徑向交會(huì)驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)，為神舟十五號(hào)實(shí)現(xiàn)完整“T”字構(gòu)型下的前向交會(huì)對(duì)接，神舟十六號(hào)實(shí)現(xiàn)空間站應(yīng)用與發(fā)展階段首次完整“T”字構(gòu)型下的徑向交會(huì)對(duì)接積累了數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

首批次批產(chǎn)神舟飛船飛行任務(wù)的圓滿成功，進(jìn)一步把我國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)推向成熟。后續(xù)，作為常規(guī)交會(huì)對(duì)接方式，徑向交會(huì)和前向交會(huì)在未來(lái)任務(wù)中會(huì)按需選用。

神舟十二號(hào)到神舟十五號(hào)載人飛船GNC系統(tǒng)的完美運(yùn)行是中國(guó)力量新的見(jiàn)證，核心技術(shù)的進(jìn)步也為推動(dòng)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供了新的支撐。面對(duì)新征程新使命，五院將融入時(shí)代洪流，勇?lián)鈽s使命，努力在推動(dòng)高水平科技自立自強(qiáng)中再攀科技高峰。