【货运|筑梦“天宫”｜神十二成功对接核心舱，这个系统是“功臣”】6月17日 ， 在入轨约6.5小时后 ， 神舟十二号载人飞船搭载3名航天员与天和核心舱完成了全自主快速交会对接 。 这是我国载人飞船在太空实施的首次快速交会对接 。
这次快速交会对接成功进行背后离不开“功臣”——GNC系统（制导导航与控制系统）的鼎力相助 。 GNC分系统是飞船的核心分系统 ， 是最体现飞船研制水平的一个方面 ， 从飞船发射时的应急救生 ， 到飞船在太空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、人控操作等 ， 都是由GNC系统来保证 。
由航天科技集团五院502所研制的GNC系统从1999年神舟一号载人飞船首飞以来 ， 经过多年的进化 ， 至神舟十二号载人飞船 ， GNC系统进行了全面升级 ， 为我国的空间站建设提供了有力支撑 。
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神舟十二号的GNC系统进行了全面升级 。 本文图片 中国航天科技集团五院
多方案全自主的“快速交会对接”
相对于之前发射神舟飞船 ， 神舟十二号载人飞船一个很大的不同就是首次在载人飞船中引入了天舟货运飞船配备的快速交会对接 ， 具备和天舟二号货运飞船一样的全相位全自主交会对接功能 。
2017年 ， 天舟一号和天宫二号快速交会对接在轨试验圆满成功 ， 使我国成为世界上第三个掌握近地快速交会对接的国家 。 上个月发射的天舟二号也采用了快速交会对接 。 此前从发射到交会对接 ， 飞船需绕地球30多圈 ， 时间按天计算 ， 而采用快速交会对接后仅需几圈 ， 只要几个小时 。
据悉 ， 根据任务要求的快速交会对接小于6.5小时的功能要求 ， 航天科技集团五院502所结合近距离交会对接的时间设定 ， 就远距离自主交会设计了多套方案 ， 这些都是全自主方案 。 当然 ， 方案还可以是个性化的 ， 即通过地面进行按需定制 ， 并在发射前告知GNC系统 ， 则系统就会全程自主执行 。
近距离交会在中国载人航天工程“三步走”战略第二步时已经是全自主方案 ， 但由于空间站多对接口的新特点 ， 以及后向对接口有货运飞船停泊时对后向合作目标的遮挡等约束 。 第三步近距离交会在第二步停泊点交会方案基础上 ， 对原有设计状态和飞行模式进行改造 ， 增加了新的飞行工况——直接交会方案 ， 相对停泊点交会方案 ， 直接交会方案用时更短 ， 消耗推进剂更少 。
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神舟十二号飞船 。
巧设一个点 ， 省时又省力
这是空间站附近空间中的一个点 ， 它是近距离全自主直接交会方案的灵魂 ， 是我国空间交会对接技术和绕飞技术进一步完善的结晶 ， 也是载人航天工程第三步实现快速交会对接的捷径 。 为了适应空间站运营多对接口和快速交会对接的新需求 ， 航天科技集团五院502所在载人航天工程三步走战略第二步掌握自动、手动交会对接和绕飞技术基础上 ， 第三步即空间站阶段为交会对接任务新增了飞行特征点——中瞄点 。
中瞄点是交会对接“中途瞄准点”的简称 ， 是载人飞船、货运飞船和空间站交会对接前的“中转站” ， 位置在空间站后下方 ， 通过该点可以最方便地 ， 快速完成与空间站前向、径向和后向对接口的交会对接 ， 具有省时（时间）省力（推进剂消耗）的特点 。 引入中瞄点是我国交会对接技术水平不断发展、设计自信实施自信的体现 。
如果把交会对接比喻成爬山 ， 则载人航天工程第二步时的后向停泊点交会方式在正式登顶的过程中要预演或彩排登顶几次 ， 前面的登顶是为最后的正式登顶确认自己的状态及相关保障条件 ， 费时费力 。 中瞄点交会方式则是通过“中瞄点”这个临近山顶的赛点 ， 过程中就可以确认目标和保障条件 ， 并根据自身状态动态调整攀登节奏 ， 直至登顶 ， 用时用力最大可节省40% 。
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神舟十二号飞船与核心舱及货运飞船组合体对接模拟图 。
继承+进化 ， 保可靠保安全
神舟十二号载人飞船GNC分系统的功能实现是以组成系统的一台台单机及其软件来实现的 ， 单机在飞船的轨道舱、返回舱和推进舱均有分布 ， 为保证整个系统的可靠性和安全性 ， 神舟十二号载人飞船GNC分系统采用了“最大程度的继承+面向发展的进化” 的思路来设计 。 如在满足分系统设计要求和尽量继承神舟十一号载人飞船技术状态的前提下 ， 在单机选用方面尽量选择经天舟一号货运飞船、新一代载人飞船和嫦娥五号等验证过的单机 ， 继续保持载人航天工程第一步、第二步中人控系统相对独立的设计等 。
在进化方面 ， 如为了适应空间站构型复杂、质量特性变化等新情况 ， 系统对控制器性能进行了大幅提升 ， 对惯性敏感器配置进行了优化升级、对光学敏感器进行了增配、对软件和算法进行了改版和通用化设计 ， 具备了全自主交会能力等 。
神舟十二号载人航天GNC系统的进化是全方位的 ， 也是从发射到运营到返回 ， 从头至尾的 ， 每一步都有新进步值得国人骄傲 。 本次神舟十二号的航天员将在轨驻留约3个月 ， 在返回过程中他们也能体会到神舟十二号载人航天在再入返回技术方面的进步——经过新一代载人飞船和嫦娥五号验证的“自适应预测制导”已经装备在神舟十二号载人飞船上 。
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