【今日消息-從“一”到“L”，幾十噸的“問天”如何完美轉(zhuǎn)位？揭秘】
9月30日12時(shí)44分，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制的空間站問天實(shí)驗(yàn)艙從天和核心艙軸向?qū)涌诜蛛x，并轉(zhuǎn)位90度至天和核心艙側(cè)向停泊口，兩艙組合體由“一”字構(gòu)型變?yōu)椤癓”構(gòu)型，空間站組合體穩(wěn)定飛行，標(biāo)志著問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)取得圓滿成功。空間站“L”構(gòu)型組合體將持續(xù)飛行1個(gè)月，后續(xù)將迎接夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，組成“T”字構(gòu)型。
空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)是中國(guó)空間站建造必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。從軸向?qū)涌诘絺?cè)向停泊口，動(dòng)作看似簡(jiǎn)單，實(shí)則是空間站任務(wù)和研制團(tuán)隊(duì)的一次“大考”，是融合了前向撤離、艙段轉(zhuǎn)位、側(cè)向?qū)拥雀唠y度動(dòng)作的“組合拳”。
用僅有百余公斤重的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)20余噸的問天實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)移，就像用一根扁擔(dān)挑起兩頭大象，兩端出現(xiàn)輕微振動(dòng)就可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。研制團(tuán)隊(duì)介紹，為了確保結(jié)構(gòu)安全，必須暫時(shí)關(guān)閉組合體姿態(tài)主動(dòng)控制，讓空間站在自由漂浮的狀態(tài)下完成艙段轉(zhuǎn)位。
但要讓一個(gè)重達(dá)幾十噸的“龐然大物”在太空中處于被動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)，談何容易。研制團(tuán)隊(duì)想出了個(gè)巧妙的辦法，借鑒鐘擺原理，先讓空間站組合體“站起來”，再“轉(zhuǎn)個(gè)身”，向后轉(zhuǎn)位。這樣一來，組合體依靠重力作用像鐘擺一樣穩(wěn)定了對(duì)地軸，靠問天實(shí)驗(yàn)艙的兩個(gè)大型太陽(yáng)翼穩(wěn)定了偏航軸，從而形成了三軸被動(dòng)穩(wěn)定飛行狀態(tài)。
本次轉(zhuǎn)位采用平面轉(zhuǎn)位方式，因此，研制團(tuán)隊(duì)可以在地面上使用氣浮臺(tái)進(jìn)行大量轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，充分驗(yàn)證了轉(zhuǎn)位路徑。此外，空間站始終采用“三艙伴飛”的模式，地面上的“電性空間站”針對(duì)此次任務(wù)進(jìn)行了全流程模擬試驗(yàn)；“云端”中的“數(shù)字空間站”利用多學(xué)科仿真模型，在飛行程序驅(qū)動(dòng)下開展了轉(zhuǎn)位過程中姿態(tài)預(yù)示、中繼測(cè)控鏈路遮擋和能量平衡等多學(xué)科聯(lián)合仿真。充分驗(yàn)證了轉(zhuǎn)位實(shí)施方案的可實(shí)施性和轉(zhuǎn)位過程中姿態(tài)、能源、測(cè)控通信等多專業(yè)的匹配度。
2022年1月6日實(shí)施的機(jī)械臂輔助貨運(yùn)飛船轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，就是問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位前的一次正式預(yù)演。機(jī)械臂捕獲天舟二號(hào)、對(duì)接機(jī)構(gòu)分離、天舟二號(hào)轉(zhuǎn)位、兩艙再次對(duì)接等一系列預(yù)定動(dòng)作的順利完成，為本次問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)的成功實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在空間站機(jī)械臂分系統(tǒng)、GNC分系統(tǒng)、測(cè)控與通信分系統(tǒng)、數(shù)管分系統(tǒng)等的高效配合下，此次任務(wù)僅耗時(shí)一個(gè)小時(shí)左右便圓滿完成，進(jìn)一步確保了空間站組合體安全。
記者 劉蘇雅 通訊員 郭睿 史紀(jì)鑫 商帥
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