天舟一号与天宫二号实现了完美的自主交会对接
近日，天舟一号与天宫二号实现了完美的自主交会对接，兄弟二人携手遨游太空，精准控制演绎太空华尔兹。由于质心、惯量变化范围大，干扰大等更加恶劣的条件，天舟一号与天宫二号新组合体控制将要接受更大的考验，而且“太空加油”需要稳定的平台，组合体的稳定控制是“太空加油”的前提，这对中国空间技术研究院下属北京控制工程研究所的GNC系统提出了更高的要求。
▲GNC系统测试数据判读
提高太阳能帆板性能
在太空运行中，组合体携带的很多设备所需的电力能源需要太阳能的支撑和转化，所以，在绕地运行的过程中，为了确保组合体上的太阳能帆板始终对准太阳，尽可能多地接受阳光的照射，组合体需要持续地调整身姿。北京控制工程研究所设计师结合天宫一号的飞行经验，精益求精，优化了帆板实时调速控制算法，减小了帆板跟踪误差，进一步提高了太阳能帆板跟踪精度。为了应对组合体长期在轨运行可能面临的太阳方位不好的情况，组合体将首次在轨实施组合体连续偏航机动，以确保太阳帆板高效率跟踪太阳，使组合体持续接收来自太阳的能量，保证组合体更长时间的稳定飞行，尤其为后续空间站建设，组合体更长期的飞行奠定坚实的技术基础。
▲交会对接敏感器测试数据分析
私人订制CMG
为了保证组合体这种大型变结构组合体在太空的姿态稳定，北京控制工程研究所为其研制专属的200Nms控制力矩陀螺（CMG），构建了具备完善的自主故障诊断和重构能力的CMG系统，针对系统特性，还对算法进行了优化，据称，该算法不仅可以大大节约推进剂消耗，后续还可直接应用于空间站这种更大型变结构组合体的控制。
▲200Nms控制力矩陀螺（CMG）
制定多种预案
在复杂的太空环境中，突发情况虽说是“万一”，但真要有了问题怎么办？北京控制工程研究所用多年来的技术积累给出了放心的答案。GNC系统在硬件配置和软件设计层面均采用了多重备份，制定了十余种正常和安全飞行模式，保证当出现任何一重故障时，组合体可以完全正常工作，当同时出现任何两重故障时，组合体依旧能够保证安全状态。即使飞船分离时对接结构解锁分离产生巨大姿态干扰，依旧可以保证天宫二号的有效控制，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可以一直“盯着”天宫，以防发生碰撞，最大限度地保证了飞船分离和撤离过程中的平稳和安全。
（本文来源：中国空间技术研究院）
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