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北京時間2022年11月3日9時32分，中國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。

(資料圖)

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。

關(guān)于問天實驗艙和夢天實驗艙的兩次轉(zhuǎn)位，或許你還有不少疑問，來聽聽專家怎么說吧。

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。

△當(dāng)前的空間站組合體示意圖

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Α：笙蚩蓪迂涍\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，工作人員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。

歷史鐫刻著我們的征途

2020年

5月5日 長征五號B運載火箭首飛，發(fā)射新一代載人飛船試驗船，空間站階段飛行任務(wù)首戰(zhàn)告捷。

5月8日 新一代載人飛船試驗船返回艙安全著陸。

2021年

4月29日 長五B火箭發(fā)射空間站天和核心艙。

5月29日-30日 長征七號運載火箭發(fā)射天舟二號貨運飛船，飛船對接于天和核心艙后向端口。

6月17日 長征二號F運載火箭發(fā)射神舟十二號載人飛船，飛船對接于天和核心艙前向端口，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波進(jìn)入天和核心艙，中國人首次進(jìn)入自己的空間站。

7月4日 神舟十二號航天員乘組完成空間站階段首次出艙活動全部既定任務(wù)。

8月20日 神舟十二號航天員乘組完成第二次出艙活動全部既定任務(wù)。

9月17日 神舟十二號載人飛船返回艙安全著陸，航天員乘組狀態(tài)良好。

9月18日 天舟二號貨運飛船從空間站天和核心艙后向端口分離，繞飛至前向端口，完成自動交會對接。

9月20日 長七火箭發(fā)射天舟三號貨運飛船，飛船對接于天和核心艙后向端口。

9月23日-24日 空間站天和核心艙電推進(jìn)子系統(tǒng)的四臺推力器完成首次在軌點火測試。

10月16日 長二F火箭發(fā)射神舟十三號載人飛船，飛船對接于天和核心艙徑向端口，航天員翟志剛、王亞平、葉光富進(jìn)入天和核心艙，中國空間站迎來第二個飛行乘組和首位女航天員。

11月7日-8日 神舟十三號航天員乘組完成首次出艙活動全部既定任務(wù)，這是中國航天史上首次有女航天員參加的出艙活動。

12月26日-27日 神舟十三號航天員乘組完成第二次出艙活動全部既定任務(wù)。

2022年

1月6日 空間站機(jī)械臂轉(zhuǎn)位貨運飛船試驗成功，這是我國首次利用空間站機(jī)械臂操作大型在軌飛行器進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗。

1月8日 神舟十三號航天員乘組完成手控遙操作貨運飛船與空間站組合體交會對接試驗。

3月27日、31日 天舟二號貨運飛船撤離空間站核心艙組合體、受控再入大氣層。

4月16日 神舟十三號載人飛船返回艙安全著陸，航天員乘組狀態(tài)良好。

4月20日 天舟三號貨運飛船從天和核心艙后向端口分離，繞飛至前向端口，并完成自動交會對接。

5月10日 長七火箭發(fā)射天舟四號貨運飛船，飛船對接于天和核心艙后向端口。

6月5日 長二F火箭發(fā)射神舟十四號載人飛船，飛船對接于天和核心艙徑向端口，航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲進(jìn)入天和核心艙。

7月17日、27日 天舟三號貨運飛船撤離空間站組合體、受控再入大氣層。

7月24日 長五B火箭發(fā)射空間站問天實驗艙。

7月25日 問天實驗艙對接于天和核心艙前向端口，隨后神舟十四號航天員乘組進(jìn)入問天實驗艙，這是中國航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實驗艙。

9月1日-2日 神舟十四號航天員乘組完成首次出艙活動全部既定任務(wù)，這是我國航天員首次從問天實驗艙氣閘艙出艙實施艙外活動。

9月17日 神舟十四號航天員乘組完成第二次出艙活動全部既定任務(wù)。

9月30日 問天實驗艙完成轉(zhuǎn)位，這是我國首次利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在軌實施大體量艙段轉(zhuǎn)位操作。

10月31日 長五B火箭發(fā)射空間站夢天實驗艙。

11月1日 夢天實驗艙對接于天和核心艙前向端口。

11月3日 夢天實驗艙完成轉(zhuǎn)位，中國空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成。

來源 中國的航天

編輯 實習(xí)編輯 高悅

標(biāo)簽： 載人飛船 中國空間站 運載火箭