今天，中国载人航天工程办公室发布了中国空间站组合体全貌的高清图片，这是我国首次在轨获取以地球为背景的空间站组合体全貌图像，也是中国空间站的第一组全构型工作照。大家也许会好奇，这组照片是怎么拍摄的呢？今天就跟我们一起探秘空间站“全身像”的拍摄过程吧！
北京时间2023年10月30日20时37分，神舟十六号载人飞船与空间站组合体成功分离。分离后，神舟十六号航天员手持高清相机，通过飞船绕飞完成了以地球为背景的空间站组合体全景图像拍摄。而要从飞船拍摄空间站，必须满足哪些条件呢？
以地球为背景的空间站组合体全貌示意图
精准定位：去到合适的地方
要拍摄空间站，最好的视角是在空间站上方，这个视角有别于此前飞船相机拍摄的同一平面的全景，能够更好地展示空间站的全貌。如何去到合适的位置呢？神舟十六号载人飞船首先从空间站径向对接口分离撤离至200米停泊点，然后利用绕飞的“绝活”，飞至空间站前方停泊点，再从前方停泊点绕飞至后方停泊点，而拍摄的时机就选择在从空间站前方向后方绕飞过程当中。
飞船绕飞拍摄空间站组合体路径示意图
（标红部分为拍摄区间）
绕飞，是指飞船环绕空间站的飞行，绕飞充分利用了相对运动的动力学特性，通过施加特定的脉冲控制，从空间站看去飞船将沿着椭圆轨迹绕空间站运动。绕飞功能非常重要，可以实现不同停泊点和对接口之间的转移，从而改变飞船的对接方向。
得当视角：找到合适的角度
绕飞拍摄过程使用了飞船返回舱的舷窗，在飞船正常姿态飞行下，舷窗是分布在返回舱的左右两侧，以此姿态飞跃空间站时，航天员是不能从舷窗中拍摄空间站的，因此要想找到合适的拍摄角度，飞船必须进行一个滚动姿态调整，让舷窗变成一上一下，通过下方舷窗进行拍摄，这就需要“太空全能舵手”——神舟飞船的制导导航与控制（GNC）系统大显身手了。
相对于此前神舟十号载人飞船“平移”式绕飞，和神舟十二号载人飞船绕飞过程中水平转体180度，神舟十六号载人飞船的绕飞动作要复杂得多。为了能让舷窗对着地球，飞船需要在绕飞过程中完成大幅度的滚动和转动动作。
飞船滚动90度调姿示意图
也就是说，在分离撤离过程中，飞船姿态在垂直下方至前方绕飞时转为倒飞，前方至后方绕飞时飞船转为正飞，同时滚动90度调姿，以这个姿态掠过空间站进行拍摄，到达空间站后方时，姿态恢复正常，并施加一个反向的撤离脉冲，最终远离空间站。
飞船绕飞后正飞反向脉冲示意图
整个绕飞过程中，为了精确控制飞船和空间站的相对运动轨迹，必须尽可能地让飞船的头部朝着空间站，GNC系统要兼顾特殊姿态下中继天线与中继卫星的链路链接，确保地面能够监视和干预的同时，控得准控得稳。
此外，还需要满足几个约束条件确保拍摄顺利地进行：一是测控约束，绕飞的关键弧段要位于中继卫星测控区内，便于地面对飞船进行状态监视和控制；二是光照约束，拍摄过程要在光照区内进行，光照角度也需要精心设计，确保拍出的照片具有完美的光照条件；三是安全距离约束，为了确保航天员安全，绕飞全程飞船不能进入空间站禁飞区，必须时刻遵循“安全第一”的原则。
俯视角度下拍摄空间站组合体示意图
为了拍好空间站和地球“母亲”的完美合影，飞船的每一个动作，都离不开科研团队的精心策划、精确设计、精准实施。你是否对组意义重大的“全身像”有了新的认识？未来，期待更多令人心动的空间站工作照，让我们为科技与人类的完美协作喝彩。
素材来源/航天科技集团五院总体部、502所
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