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北京時(shí)間2022年11月3日9時(shí)32分，中國(guó)空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位。

轉(zhuǎn)位期間，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)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(shí)完成轉(zhuǎn)位，與天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙側(cè)向端口再次對(duì)接。今天下午，神舟十四號(hào)航天員乘組將進(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。按計(jì)劃，后續(xù)將開(kāi)展空間站組合體基本功能測(cè)試和評(píng)估。

(資料圖)

一個(gè)多月前，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙完成了我國(guó)首次利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在軌實(shí)施大體量艙段轉(zhuǎn)位操作，此次夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位過(guò)程與之很相似。通過(guò)兩次轉(zhuǎn)位，空間站組合體實(shí)現(xiàn)了“T”字基本構(gòu)型：以天和核心艙為對(duì)稱，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙分布于天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙的兩個(gè)側(cè)向停泊口。

關(guān)于問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙的兩次轉(zhuǎn)位，或許你還有不少疑問(wèn)，來(lái)聽(tīng)聽(tīng)專家怎么說(shuō)吧。

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?！皢?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)。

為什么不讓實(shí)驗(yàn)艙通過(guò)側(cè)向交會(huì)對(duì)接，直接對(duì)接到天和核心艙兩側(cè)？

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)?，?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)。

因此，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，這是最優(yōu)的方案設(shè)計(jì)。

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(kāi)展了航天員出艙等一系列任務(wù)，而后開(kāi)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(kāi)展在軌測(cè)試、航天員駐留等任務(wù)。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)的順利實(shí)施，離不開(kāi)各系統(tǒng)的高效配合。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，讓整個(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)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(duì)一系列復(fù)雜指令的零差錯(cuò)處置。

為什么是“T”字構(gòu)型？

2022年7月，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射并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。夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙剛與天和核心艙完成前向交會(huì)對(duì)接時(shí)，空間站組合體呈橫向且不對(duì)稱的“T”字，直到夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)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(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。

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(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。

反之，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。

在中國(guó)空間站上，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙形成“T”字的一橫，兩對(duì)大型太陽(yáng)翼置于一橫兩端，不管空間站以何種姿勢(shì)飛行，它們都能照上太陽(yáng)，從而高效發(fā)電；兩個(gè)氣閘艙也位于兩端，正常工作泄壓或異常隔離時(shí)，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(yùn)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?。后向可?duì)接貨運(yùn)飛船，使組合體可以直接利用貨運(yùn)飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)；前向、徑向兩個(gè)對(duì)接口不僅可以接納兩艘載人飛船實(shí)現(xiàn)輪換，而且在保持正常三軸穩(wěn)定對(duì)地姿態(tài)時(shí)，兩對(duì)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(duì)接，無(wú)需對(duì)接后再轉(zhuǎn)換對(duì)接口，使航天員往返更加安全快捷。

怎樣實(shí)現(xiàn)“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)各部分分別獨(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。

從各艙段到組合體，其構(gòu)型都是系統(tǒng)功能驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。為讓每個(gè)艙段構(gòu)型設(shè)計(jì)能夠滿足發(fā)射和獨(dú)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(zhǎng)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(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，并具備與核心艙進(jìn)行交會(huì)對(duì)接、轉(zhuǎn)位和停泊的能力。同時(shí)它還支持航天員在軌長(zhǎng)期駐留及出艙活動(dòng)，支持開(kāi)展密封艙內(nèi)、艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)。

夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則具備載荷自動(dòng)進(jìn)出艙能力，支持空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yùn)營(yíng)階段。

歷史鐫刻著我們的征途

2020年

5月5日 長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭首飛，發(fā)射新一代載人飛船試驗(yàn)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(yàn)船返回艙安全著陸。

2021年

4月29日 長(zhǎng)五B火箭發(fā)射空間站天和核心艙。

5月29日-30日 長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船，飛船對(duì)接于天和核心艙后向端口。

6月17日 長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭發(fā)射神舟十二號(hào)載人飛船，飛船對(duì)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(guó)人首次進(jìn)入自己的空間站。

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

8月20日 神舟十二號(hào)航天員乘組完成第二次出艙活動(dòng)全部既定任務(wù)。

9月17日 神舟十二號(hào)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(hào)貨運(yùn)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(dòng)交會(huì)對(duì)接。

9月20日 長(zhǎng)七火箭發(fā)射天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船，飛船對(duì)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(tái)推力器完成首次在軌點(diǎn)火測(cè)試。

10月16日 長(zhǎng)二F火箭發(fā)射神舟十三號(hào)載人飛船，飛船對(duì)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(guó)空間站迎來(lái)第二個(gè)飛行乘組和首位女航天員。

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

12月26日-27日 神舟十三號(hào)航天員乘組完成第二次出艙活動(dòng)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(yùn)飛船試驗(yàn)成功，這是我國(guó)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(yàn)。

1月8日 神舟十三號(hào)航天員乘組完成手控遙操作貨運(yùn)飛船與空間站組合體交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。

3月27日、31日 天舟二號(hào)貨運(yùn)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(hào)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(hào)貨運(yùn)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(dòng)交會(huì)對(duì)接。

5月10日 長(zhǎng)七火箭發(fā)射天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船，飛船對(duì)接于天和核心艙后向端口。

6月5日 長(zhǎng)二F火箭發(fā)射神舟十四號(hào)載人飛船，飛船對(duì)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(hào)貨運(yùn)飛船撤離空間站組合體、受控再入大氣層。

7月24日 長(zhǎng)五B火箭發(fā)射空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙。

7月25日 問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙對(duì)接于天和核心艙前向端口，隨后神舟十四號(hào)航天員乘組進(jìn)入問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，這是中國(guó)航天員首次在軌進(jìn)入科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙。

9月1日-2日 神舟十四號(hào)航天員乘組完成首次出艙活動(dòng)全部既定任務(wù)，這是我國(guó)航天員首次從問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙出艙實(shí)施艙外活動(dòng)。

9月17日 神舟十四號(hào)航天員乘組完成第二次出艙活動(dòng)全部既定任務(wù)。

9月30日 問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，這是我國(guó)首次利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在軌實(shí)施大體量艙段轉(zhuǎn)位操作。

10月31日 長(zhǎng)五B火箭發(fā)射空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙。

11月1日 夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙對(duì)接于天和核心艙前向端口。

11月3日 夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，中國(guó)空間站“T”字基本構(gòu)型組裝完成。

來(lái)源 中國(guó)的航天

編輯 實(shí)習(xí)編輯 高悅

標(biāo)簽： 載人飛船 中國(guó)空間站 運(yùn)載火箭