【今日消息-夢(mèng)天艙是如何轉(zhuǎn)位的？為什么要轉(zhuǎn)位？】
北京時(shí)間2022年11月3日9時(shí)32分，空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位。神舟十四號(hào)航天員乘組隨后將進(jìn)入夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙。
夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位完成標(biāo)志著中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型在軌組裝完成，向著建成空間站的目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。
為什么要轉(zhuǎn)位？
轉(zhuǎn)位動(dòng)作在我國(guó)空間站的建造及后續(xù)任務(wù)實(shí)施中發(fā)揮了重要作用。“問(wèn)天”“夢(mèng)天”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙在發(fā)射后，首先與天和核心艙進(jìn)行前向交會(huì)對(duì)接，再通過(guò)轉(zhuǎn)位動(dòng)作從天和核心艙前向?qū)涌谝苿?dòng)到側(cè)向停泊口，從而完成空間站“T”字基本構(gòu)型的建造任務(wù)。
為什么不能在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后，通過(guò)側(cè)向交會(huì)對(duì)接，直接到天和核心艙的兩側(cè)呢？中國(guó)航天科技集團(tuán)五院專家介紹說(shuō)，有兩方面原因：一是實(shí)驗(yàn)艙與空間站組合體進(jìn)行側(cè)向?qū)樱瑫?huì)因?yàn)橘|(zhì)心偏差對(duì)空間站姿態(tài)造成較大影響，甚至可能會(huì)有滾轉(zhuǎn)失控的風(fēng)險(xiǎn)；二是根據(jù)空間站建造方案，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙將在天和核心艙的側(cè)向永久停泊，如果選擇側(cè)向交會(huì)對(duì)接，首先需要在天和核心艙兩個(gè)側(cè)向端口分別配置一套交會(huì)對(duì)接設(shè)備，并且這兩套設(shè)備只能使用一次，造成資源的浪費(fèi)。由此可見(jiàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙先與核心艙進(jìn)行前向交會(huì)對(duì)接，再通過(guò)轉(zhuǎn)位移至核心艙側(cè)向停泊口的方案設(shè)計(jì)是最優(yōu)的。
不過(guò)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙在轉(zhuǎn)位任務(wù)安排上有些差異。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙在經(jīng)過(guò)發(fā)射和交會(huì)對(duì)接后，開展了航天員出艙等一系列任務(wù)，而后開展轉(zhuǎn)位。與問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙不同，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙在發(fā)射、交會(huì)對(duì)接后直接轉(zhuǎn)位，待形成“T”字構(gòu)型組合體后，再開展在軌測(cè)試、航天員駐留等任務(wù)。
為什么是“T”字構(gòu)型？
2022年7月，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射，與天和核心艙完成交會(huì)對(duì)接，空間站組合體呈兩艙“一”字構(gòu)型。9月底，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位成功，空間站組合體變?yōu)閮膳摗癓”字構(gòu)型。幾天前，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射成功并與天和核心艙完成前向交會(huì)對(duì)接，空間站組合體呈橫向且不對(duì)稱的“T”字構(gòu)型。剛剛，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，三艙最終呈現(xiàn)“T”字構(gòu)型。
那么，為什么是“T”字構(gòu)型呢？中國(guó)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔表示：“為了使航天器易于運(yùn)動(dòng)控制，構(gòu)型要保證主結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布盡量對(duì)稱、緊湊，以獲得好的質(zhì)量特性?！?/p>
轉(zhuǎn)位后的“T”字構(gòu)型結(jié)構(gòu)對(duì)稱，從姿態(tài)控制、組合體管理上都是比較穩(wěn)定的構(gòu)型，易于組合體的飛行，且由于其受到的地心引力、大氣擾動(dòng)等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進(jìn)劑和其他資源較少。若采用非對(duì)稱構(gòu)型，組合體的力矩、質(zhì)心與所受到的干擾相對(duì)于姿態(tài)控制、軌道來(lái)說(shuō)都不是對(duì)稱的，其飛行效率更低，控制模式更加復(fù)雜，一旦構(gòu)型發(fā)生偏轉(zhuǎn)，就需要付出額外的代價(jià)和資源將其控回。
為確保夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)順利實(shí)施，中國(guó)航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)精心安排、周密部署，制定了轉(zhuǎn)位方案。轉(zhuǎn)位過(guò)程中，測(cè)控與通信分系統(tǒng)在天地間搭建起暢通的通信鏈路，傳輸高清圖像，使得整個(gè)轉(zhuǎn)位過(guò)程100%受控；機(jī)械臂分系統(tǒng)始終作為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的備份手段，保障平臺(tái)安全；熱控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)空間站組合體的溫度控制，包括向太空輻射散熱與熱管理；空間站機(jī)GNC分系統(tǒng)始終精準(zhǔn)控制，確保組合體以最高穩(wěn)定度進(jìn)入?？貭顟B(tài)；數(shù)管分系統(tǒng)發(fā)揮“智能大腦”作用，處置一系列復(fù)雜指令，全程零差錯(cuò)。各分系統(tǒng)的高效配合，使得此次任務(wù)僅用約1小時(shí)就圓滿完成。
1+1+1=1
中國(guó)空間站在設(shè)計(jì)之初就運(yùn)用了系統(tǒng)科學(xué)的思想：系統(tǒng)的各部分各自獨(dú)立，組成系統(tǒng)時(shí)又相互聯(lián)系、相互作用，有機(jī)地形成一個(gè)整體。
三艙形成“T”字構(gòu)型后，以“1+1+1=1”的理念構(gòu)建成為“組合體核心”。其中，由天和核心艙進(jìn)行統(tǒng)一的組合體管理，包括姿態(tài)軌道控制、載人環(huán)境、熱控、信息通信等；問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份，可隨時(shí)接替天和核心艙對(duì)空間站組合體進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制；問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為開展艙內(nèi)外科學(xué)實(shí)驗(yàn)，提供支持。三艙協(xié)同配合、有機(jī)統(tǒng)一，構(gòu)成更加完整可靠的空間站組合體。
值得一提的是，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上還配置了由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)研制的貨物氣閘艙與艙外展開試驗(yàn)平臺(tái)，今后需要安裝在艙外的科學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，可通過(guò)貨運(yùn)飛船運(yùn)送到空間站，再通過(guò)貨物氣閘艙把載荷送到艙外，由機(jī)械臂或者航天員安裝到艙外平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)艙外試驗(yàn)項(xiàng)目的不斷更新。
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