夢天實驗艙轉(zhuǎn)位成功 專家詳解為何空間站組合體要形成“T”字基本構(gòu)型

新華社記者胡喆、宋晨

11月3日，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)設置，再與空間站組合體分離，之后采用平面轉(zhuǎn)位方式經(jīng)過約1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。

11月3日在北京航天飛行控制中心拍攝的空間站夢天實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位的畫面。據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，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。這標志著中國空間站“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。新華社發(fā)（孫豐曉 攝）

夢天實驗艙為什么要轉(zhuǎn)位？我國空間站組合體為何要形成“T”字基本構(gòu)型？

轉(zhuǎn)位動作在我國空間站的建造及后續(xù)任務實施中發(fā)揮了重要作用。問天、夢天兩個實驗艙在發(fā)射后，首先與天和核心艙進行前向交會對接，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。

為什么不能在實驗艙發(fā)射后，通過側(cè)向交會對接，直接到天和核心艙的兩側(cè)呢？航天科技集團五院的專家告訴記者，主要有兩方面原因：一是實驗艙與空間站組合體進行側(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備，且這兩套設備只能使用一次，造成資源的浪費。

因此，兩個實驗艙先與核心艙進行前向交會對接，再通過轉(zhuǎn)位移至核心艙側(cè)向停泊口的方案設計是最優(yōu)的。

為確保夢天實驗艙轉(zhuǎn)位任務順利實施，航天科技集團五院研制團隊精心制定了轉(zhuǎn)位方案。轉(zhuǎn)位過程中，測控與通信分系統(tǒng)、機械臂分系統(tǒng)等各分系統(tǒng)高效配合，使得此次任務僅用約1小時就圓滿完成。

11月3日在北京航天飛行控制中心拍攝的夢天實驗艙完成轉(zhuǎn)位后天和核心艙內(nèi)的情況。 新華社發(fā)（孫豐曉 攝）

那么，我國空間站組合體為何要形成“T”字基本構(gòu)型？航天科技集團五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔介紹，為了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。

王翔表示，轉(zhuǎn)位后的“T”字基本構(gòu)型結(jié)構(gòu)對稱，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、大氣擾動等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進劑和其他資源較少。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。

為了讓“T”字構(gòu)型更加穩(wěn)定可靠，航天科技集團五院的研制團隊著眼于中國空間站的系統(tǒng)集成，一體化設計出整站三艙，構(gòu)建了一個“組合體核心”，作為“最強大腦”對整個空間站進行統(tǒng)一管理，保證各艙段、飛行器動作協(xié)調(diào)。

轉(zhuǎn)位成功后，問天實驗艙、夢天實驗艙被對向布置在天和核心艙兩側(cè)，形成“T”字的一橫。這樣的布局充分利用了每個實驗艙自身近20米長的結(jié)構(gòu)，結(jié)合各自資源艙末端配置的雙自由度太陽翼驅(qū)動機構(gòu)，兩對大型太陽翼成為“T”字一橫遠端的兩個“大風車”，不管空間站以何種姿勢飛行，都能獲得高效的發(fā)電功效。

此外，問天、夢天兩個實驗艙的氣閘艙都分別位于“T”字一橫的端頭，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，可保證空間站運行的安全性。

作為“T”字一豎的天和核心艙保持著前向、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)動機進行軌道機動。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，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。