熱點丨夢天實驗艙順利完成轉(zhuǎn)位，空間站組合體形成T字構(gòu)型

前言：

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。

這是一個很重要的標(biāo)志性事件，它表明我國空間站的三艙的構(gòu)型已經(jīng)完全到位。

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。

轉(zhuǎn)運的必要性和重要作用

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。

夢天實驗艙是中國空間站第三個艙段，也是第二個科學(xué)實驗艙，由工作艙、載荷艙、貨物氣閘艙和資源艙組成，起飛重量約23噸。

主要用于開展空間科學(xué)與應(yīng)用實驗，參與空間站組合體管理，貨物氣閘艙可支持貨物自動進出艙，為艙內(nèi)外科學(xué)實驗提供支持。

夢天實驗艙與空間站組合體對接、轉(zhuǎn)位之后才進行并網(wǎng)操作控制，建立載人環(huán)境，神舟十四號航天員才能進駐夢天實驗艙。

此次交會對接的兩個難點

①夢天實驗艙入軌后，與太陽照射的角度有較大偏差，導(dǎo)致太陽帆板發(fā)電能力弱，能源緊缺。

如果不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成交會對接，就需要緊急調(diào)整[夢天]的姿態(tài)朝向太陽從而補充能源，這樣就會導(dǎo)致交會對接時間的拖延。

為此，科研人員為[夢天]特別制定了交會對接任務(wù)故障預(yù)案。

②上一次問天實驗艙交會對接時，組合體是[一字]對稱構(gòu)型。

而此次夢天實驗艙交會對接時，由于問天實驗艙已經(jīng)完成了轉(zhuǎn)位，因此組合體是[l]字形的非對稱構(gòu)型，這顯著增加了空間站在軌姿態(tài)控制的難度。

夢天實驗艙此次轉(zhuǎn)位過程的四大階段

①轉(zhuǎn)位準(zhǔn)備：在轉(zhuǎn)位任務(wù)開始前，夢天實驗艙位于核心艙的前項對接口。

此時，整個空間站是一個[偏T字]構(gòu)型。

要進行轉(zhuǎn)位的話，首先要調(diào)整整個空間站的姿態(tài)，讓它立起來，近乎垂直于地球的方向。

②兩艙分離：對接機構(gòu)解鎖，夢天艙轉(zhuǎn)臂伸向天和核心艙上的基座，轉(zhuǎn)臂和基座捕獲連接，夢天艙和核心艙分離。

③艙體轉(zhuǎn)位：夢天實驗艙從空間站組合體前向?qū)涌?，轉(zhuǎn)位到側(cè)向的永久停泊口，采用了平面轉(zhuǎn)位方式。

也就是說在轉(zhuǎn)位過程中，夢天實驗艙始終保持在一個平面內(nèi)進行轉(zhuǎn)位。

④側(cè)向捕獲：夢天艙與天和核心艙側(cè)向?qū)涌趯硬东@，轉(zhuǎn)臂解除與基座連接，夢天艙與核心艙鎖緊，完成轉(zhuǎn)位。

首次采用[T]字基本構(gòu)型的原因

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。

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。

這會導(dǎo)致飛行效率更低，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。

穩(wěn)定的構(gòu)型有利于組合體的飛行，而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。

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(wù)。

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。

三艙組合體已[T]字構(gòu)型

曾有航天專家比喻，中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲藏間的[豪宅]。

[三室]指天和核心艙以及問天和夢天實驗艙；

[兩廳]則是指神舟載人飛船和天舟貨運飛船。

天和核心艙是[T]字的一豎，在核心艙兩側(cè)對稱分布的問天實驗艙與夢天實驗艙形成[T字]的一橫。

[一橫]的兩端，則是兩對[大風(fēng)車]一般的大型太陽翼。

這樣，無論空間站以何種姿勢飛行，都能照上太陽從而獲得高效的發(fā)電功效。

在這個構(gòu)型中，天和核心艙仍然保持著前向、后向、徑向三向?qū)拥哪芰?，可對接貨運飛船和載人飛船。

由天和核心艙進行統(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，問天實驗艙可隨時接替天和核心艙對空間站組合體進行統(tǒng)一管理和控制；

問天實驗艙、夢天實驗艙為開展艙內(nèi)外科學(xué)實驗提供支持。

三艙如此協(xié)同配合、有機統(tǒng)一，構(gòu)成更加完整可靠的空間站組合體。

結(jié)尾：

從天宮一號目標(biāo)飛行器、天宮二號空間實驗室，到天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙，再到即將建造完成的空間站。

空間站的一步步搭建，反映了我國航天技術(shù)跨越發(fā)展的成就。

中國空間站將在今年完成建造，建成國家級的太空實驗室，為中國乃至全世界的科學(xué)探索提供重要平臺。

建造中國空間站、建成國家太空實驗室，是實現(xiàn)載人航天工程[三步走]戰(zhàn)略的重要目標(biāo)，中國空間站將在今年完成建造，成為建設(shè)航天強國、科技強國的重要標(biāo)志。