14e655654874ef7_size63_w1200_h800.jpg897x598 33.3 KB 
神舟十一号发射过程（图源：新华网 ）
与神舟一号到神舟十号相比，神舟十一号有哪些不同之处?
“神舟十一号的特点是,飞得更高,实验更多,时间更长。”神舟十一号飞船由航天科技集团五院抓总研制。飞船的制导、导航与控制分系统,简称GNC分系统,承担着飞船从起飞到返回的全部运动控制任务。神舟十一号飞船GNC分系统指挥罗谷清告诉记者,神舟十一号是中国载人航天工程三步走中从第二步到第三步的一个过渡,需要为建造载人空间站做好准备,因此具备了这三个与哥哥们不同的特点。
飞得更高,是因为未来的载人空间站轨道位置比较高。过去,神舟十号与天宫一号对接时,轨道高度是343公里。而神舟十一号和天宫二号对接时的轨道高度是393公里,比过去高了50公里。这与未来空间站的轨道高度基本相同,飞行也更加接近未来空间站要求。飞得更高对飞船的要求也更多,这意味着交会对接时飞船的控制与神舟十号不一样,还需要连续变轨。
实验更多,是因为这次飞行要进一步考核神舟飞船作为人员物资天地往返运输工具的性能。任务期间神舟十一号要进行4项在轨试验项目:宽波束中继在轨验证试验、变轨控制验证试验、帆板任意偏置角跟踪太阳功能验证试验和微生物控制试验。通过这些试验进一步验证飞船设计功能,获取和积累载人环境相关的飞行试验数据。
时间更长,是因为此次任务中,航天员需完成组合体30天中期驻留任务,比神十的15天翻了一倍。在这一个月中,要保障航天员的生活健康,也要保证航天员执行飞行任务的能力,飞船在驻留、应急、返回方面的保障能力就比过去增强了。
“为了满足神十一飞得更高、实验更多、时间更长的需求,我们对神舟飞船进行了改进设计,神舟十一号的技术创新亮点有4个。”罗谷清说。
第一个亮点是天地联系更紧密了。神舟十一号飞船上配备了 宽波束中继子系统 ,它能极大提高中继终端使用范围和工作能力,确保天地链路可靠性。罗谷清说,“飞船在天上飞,最好跟地面时刻有联系,地面站覆盖不到时,就需要通过中继卫星转接信号。这次我们加了宽波束,是为了争取让航天员每时每秒都能与地面连接上。”
第二个亮点是交会对接。光学成像敏感器是交会对接的眼睛,这一次交会对接的眼睛升级了。在“天宫二号”及以后的空间站任务中,交会对接会变成一项常态化任务,对接环境也将更复杂,这就对光学成像敏感器提出了更高要求。之前神舟飞船与天宫一号的交会对接任务中,应用的都是CCD成像敏感器。本次神舟十一号与天宫二号的对接,采用新一代光学成像敏感器CRDS。CRDS抗杂光的能力更强,即使在太阳强光直射时,“眼睛”也不会被“亮瞎”,具备了在苛刻光照条件下准全天候稳定测量能力,极大地提高了交会对接的可靠性。
第三个亮点是中期驻留。神舟十一号在配置上进行了优化,存储了更多食品、饮水等航天员支持用品,满足航天员驻留需求。飞船上设有应急返回系统,以保障航天员安全。“一旦出现问题,飞船可以马上分离返回。有自控系统,也有手控系统,都可以应急返回,确保航天员安全。”罗谷清说。
第四个亮点是优化热控设计。神舟十一号与天宫二号对接成功后,航天员要在组合体中完成30天中期驻留任务,这么长时间的驻留工作必须保证能源供应,这就需要太阳能帆板长时间对准太阳,为此组合体需要连续偏航。而在连续偏航过程中,有一些设备会长期对着太阳,还有一些设备长期晒不到太阳。因此,神舟十一号飞船的热控设计进行了相应改进,以消除组合体连续偏航引起的返回舱温度过低、设备容易结露的风险,和推进舱、贮箱、发动机温度过高可能超上限的风险。
19日，天宫二号将会在距离地面393公里的轨道高度上，与神舟十一号飞船交会对接。
在茫茫宇宙中，两个航天器要经过几十万公里的追逐，完成“穿针引线”的动作，以比子弹速度快约8倍的速度靠近，最终联成一体，完成交会对接任务。一个名为光学成像敏感器（CRDS）的“眼睛”，正是确保整个交会对接过程“万无一失”的关键。
电荷耦合器件（CCD）光学成像敏感器的工作原理是，把光子对敏感器的冲击力转变成电子运动，从而为智能手机相机和现代间谍卫星等技术奠定基础。中国空间技术研究院的科学家把这种光学敏感器称作“眼睛”，他们说它可以帮助以8倍子弹速度飞行的飞船实现交会对接。为何要更新换代？
在之前神舟飞船与天宫一号目标飞行器的交会对接任务中，应用的都是CCD光学成像敏感器，该产品圆满完成了测量任务，表现出色。
CRDS承担着CCD光学成像敏感器更新换代的重任，为什么要更新换代？
中国航天科技集团五院502所产品主任设计师龚德铸给出了答案：“在太空中，太阳光的照射强度是地球上的3－5倍，飞行器的 眼睛 在交会对接时很容易被闪坏，正因太阳杂光对产品的导航影响，CCD光学成像敏感器对飞船的对接时机提出了一定的约束，这就需要我们去突破。”
在“天宫二号”及以后的空间站任务中，交会对接已变成了一项常态化的任务，特别是在一些快速交会对接任务中，例如临时发射飞船进行维修补给或航天员应急救生等，要求导航设备要具备适应更宽松交会对接窗口的能力，这就对光学成像敏感器的太阳杂光抑制能力提出了更高的要求。
承担平移靠拢段交会对接的重任
在任务中，从二者相距150米到最终对接完成阶段称为平移靠拢段，这一阶段是交会对接最关键的阶段，也是要求最高、难度最大、风险极大的阶段。
在这个阶段里，光学成像敏感器是唯一同时具备位置和姿态相对测量能力的敏感器。这是它在“神舟十一号”和“天宫二号”的交会对接任务中首次亮相。
（图为“天宫二号”。图片来源：中国航天科技集团五院）
光学成像敏感器是用于运输飞船与目标飞行器交会对接的近距离成像测量敏感器，由位于运输飞船上的相机和位于目标飞行器上的目标标志器组成。相机通过对标志器进行成像测量，得到飞船与目标飞行器间的相对位置和相对姿态数据，为两个飞行器提供相对导航的测量信息。
如果飞行器的“眼神儿”不好使，会导致交会对接任务失败，甚至两个飞行器碰撞，将严重威胁航天员和飞船的安全。因此，光学成像敏感器成为了关系交会对接任务成败的关键单机，不容出现任何闪失。
新一代“天眼”实现全天候对接
新一代的“对接天眼”，杂光抑制能力列为各项指标的重中之重。
据五院研制团队透露，他们改变敏感器的测量体制，利用差分视觉测量原理，获得交会对接两飞行器的位置姿态信息，从原理上克服了杂光干扰的技术瓶颈，然后优选抗溢出能力强成像器件，替代原CCD光学成像敏感器中的CCD器件，大幅提高敏感器对强光的适应能力，在照明光束谱段的选择上尽量避开了太阳光谱辐射较强的波段。
通过采用新技术，CRDS已炼成“火眼金睛”，即使在强光环境下也能“看清”目标。杂光专项试验表明，产品具备了在任意光照条件下准全天候稳定测量能力，极大地提高了交会对接的可靠性。
此外，研制人员还将首次捕获时间提高了一个数量级——由原来的约十秒提高至不到1秒。“这个时间就好比司机在开车时被强光晃到眼睛之后恢复正常视力的时间， 眼睛 从看到目标到做出判断的响应时间也大大缩短。”产品设计师刘启海说。
与此同时，产品在精度、重量、功耗等关键技术指标方面均超过了国际同类产品水平，更好地保证了交会对接过程的安全性。与之前安装在天宫一号上的系统相比，新一代“眼睛”的范围和清晰度增加1倍，从而使可对接窗口期延长为原来的两倍左右。中国空间技术研究院设计师龚德铸说，新“眼睛”的重量和功耗仅为国际主流产品的1/2。
未来，交会对接光学成像敏感器可扩展应用于空间在轨服务、飞机空中自动加油、水下无人航行器交会对接等领域，进一步提升航天器空间在轨运行能力，具有广阔的应用前景。（来源：中国经济网，参考消息网，新华社）
/3 
