【今日消息-“夢天”轉(zhuǎn)位成功！你想知道的全在這里】
◎ 任昕宇 蘇際聰 毛凌野 時小丹 羅維瑋 科技日報記者 付毅飛
北京時間2022年11月3日9時32分，空間站夢天實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位。
轉(zhuǎn)位期間，夢天實驗艙先完成相關(guān)狀態(tài)設(shè)置，再與空間站組合體分離，之后采用平面轉(zhuǎn)位方式經(jīng)約一小時完成轉(zhuǎn)位，與天和核心艙節(jié)點艙側(cè)向端口再次對接。今天下午，神舟十四號航天員乘組將進(jìn)入夢天實驗艙。
夢天實驗艙轉(zhuǎn)位完成標(biāo)志著中國空間站“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。按計劃，后續(xù)將開展空間站組合體基本功能測試和評估。
一個多月前，問天實驗艙完成了我國首次利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在軌實施大體量艙段轉(zhuǎn)位操作，此次夢天實驗艙轉(zhuǎn)位過程與之很相似。通過兩次轉(zhuǎn)位，空間站組合體實現(xiàn)了“T”字基本構(gòu)型：以天和核心艙為對稱，問天實驗艙與夢天實驗艙分布于天和核心艙節(jié)點艙的兩個側(cè)向停泊口。
這兩次轉(zhuǎn)位任務(wù)均由中國航天科技集團(tuán)五院抓總負(fù)責(zé)?；蛟S你還有不少疑問，來聽聽五院專家怎么說吧。
為什么要轉(zhuǎn)位？
轉(zhuǎn)位動作在我國空間站的建造及后續(xù)任務(wù)實施中發(fā)揮了重要作用?！皢柼臁薄皦籼臁眱蓚€實驗艙在發(fā)射后，首先與天和核心艙進(jìn)行前向交會對接，再通過轉(zhuǎn)位動作從天和核心艙前向?qū)涌谝苿拥絺?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)。
為什么不讓實驗艙通過側(cè)向交會對接，直接對接到天和核心艙兩側(cè)？
有兩方面原因：
一是實驗艙與空間站組合體進(jìn)行側(cè)向?qū)?，會因為質(zhì)心偏差對空間站姿態(tài)造成較大影響，甚至可能會有滾轉(zhuǎn)失控的風(fēng)險；
二是根據(jù)空間站建造方案，兩個實驗艙將在天和核心艙的側(cè)向永久停泊，如果選擇側(cè)向交會對接，首先需要在天和核心艙兩個側(cè)向端口分別配置一套交會對接設(shè)備，并且這兩套設(shè)備只能使用一次，造成資源的浪費。
因此，兩個實驗艙先與核心艙進(jìn)行前向交會對接，再通過轉(zhuǎn)位移至核心艙側(cè)向停泊口，這是最優(yōu)的方案設(shè)計。
不過，兩個實驗艙在轉(zhuǎn)位任務(wù)安排上有些差異。 問天實驗艙在經(jīng)過發(fā)射和交會對接后，開展了航天員出艙等一系列任務(wù)，而后開展轉(zhuǎn)位。與問天實驗艙不同，夢天實驗艙在發(fā)射、交會對接后直接轉(zhuǎn)位，待形成“T”字構(gòu)型組合體后，再開展在軌測試、航天員駐留等任務(wù)。
夢天實驗艙轉(zhuǎn)位任務(wù)的順利實施，離不開各系統(tǒng)的高效配合。測控與通信分系統(tǒng)在天地間搭建起暢通的通信鏈路，傳輸高清圖像，讓整個轉(zhuǎn)位過程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，保障平臺安全；熱控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)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（制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制）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，完成對一系列復(fù)雜指令的零差錯處置。
為什么是“T”字構(gòu)型？
2022年7月，問天實驗艙發(fā)射并與天和核心艙完成交會對接，空間站組合體呈兩艙“一”字構(gòu)型。9月底，問天實驗艙轉(zhuǎn)位成功，空間站組合體變?yōu)閮膳摗癓”字構(gòu)型。夢天實驗艙剛與天和核心艙完成前向交會對接時，空間站組合體呈橫向且不對稱的“T”字，直到夢天實驗艙完成轉(zhuǎn)位，三艙最終呈現(xiàn)現(xiàn)在的“T”字構(gòu)型。
為什么是“T”字？
要想使航天器易于運動控制，構(gòu)型要保證主結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布盡量對稱、緊湊，以獲得好的質(zhì)量特性。
轉(zhuǎn)位后的“T”字構(gòu)型結(jié)構(gòu)對稱，從姿態(tài)控制、組合體管理上都比較穩(wěn)定，易于組合體的飛行。 由于其受到的地心引力、大氣擾動等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進(jìn)劑和其他資源較少。反之，若采用非對稱構(gòu)型，組合體的力矩、質(zhì)心與所受到的干擾相對于姿態(tài)控制、軌道來說都不是對稱的，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和資源將其控回。
在中國空間站上，問天實驗艙、夢天實驗艙形成“T”字的一橫，兩對大型太陽翼置于一橫兩端，不管空間站以何種姿勢飛行，它們都能照上太陽，從而高效發(fā)電；兩個氣閘艙也位于兩端，正常工作泄壓或異常隔離時，均不影響其他密封艙段構(gòu)成連貫空間，從而進(jìn)一步保證了空間站運行的安全性。
而作為“T”字那一豎的天和核心艙，仍然保持著前向、后向、徑向三向?qū)拥哪芰?。后向可對接貨運飛船，使組合體可以直接利用貨運飛船的發(fā)動機(jī)進(jìn)行軌道機(jī)動；前向、徑向兩個對接口不僅可以接納兩艘載人飛船實現(xiàn)輪換，而且在保持正常三軸穩(wěn)定對地姿態(tài)時，兩對接口都在軌道平面內(nèi)，即可讓載人飛船在軌道面內(nèi)沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無需對接后再轉(zhuǎn)換對接口，使航天員往返更加安全快捷。
怎樣實現(xiàn)“1+1+1="1"”？
中國空間站在設(shè)計之初就運用了系統(tǒng)科學(xué)的思想：系統(tǒng)各部分分別獨立，組成系統(tǒng)時又相互聯(lián)系、相互作用，有機(jī)地形成一個整體。
從各艙段到組合體，其構(gòu)型都是系統(tǒng)功能驅(qū)動的結(jié)果。為讓每個艙段構(gòu)型設(shè)計能夠滿足發(fā)射和獨立在軌飛行的要求，航天科技集團(tuán)五院充分考慮組合體作為完整系統(tǒng)，形成有利于在軌長期工作的構(gòu)型。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。
問天實驗艙與天和核心艙互為備份， 可隨時接替天和核心艙對空間站組合體進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，并具備與核心艙進(jìn)行交會對接、轉(zhuǎn)位和停泊的能力。同時它還支持航天員在軌長期駐留及出艙活動，支持開展密封艙內(nèi)、艙外科學(xué)實驗和技術(shù)試驗。
夢天實驗艙則具備載荷自動進(jìn)出艙能力，支持空間科學(xué)實驗的能力也更強(qiáng)。三艙協(xié)同配合、有機(jī)統(tǒng)一，構(gòu)成完整可靠的基本構(gòu)型轉(zhuǎn)入運營階段。
來源：科技日報
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