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成功!“梦天”转位,“天宫”成“T”

北京日报 北京日报 2022-11-07


11月3日,梦天实验舱成功完成转位,中国空间站“T”字基本构型组装完成。以天和核心舱为对称轴,问天实验舱与梦天实验舱分布于核心舱节点舱的两个侧向停泊口。

最近几个月来,空间站经历了多次构型变化。2022年7月,问天实验舱发射并与天和核心舱形成两舱“一”字构型;9月底,问天实验舱转位成功,空间站组合体变为两舱“L”字构型;几天前,梦天实验舱发射成功并与天和核心舱完成前向交会对接;此次梦天实验舱转位过后,空间站形成三舱组合体“T”字基本构型,并将长期维持该姿态在轨运行。

为何是“T”字构型?

问天实验舱、梦天实验舱这两个尺寸、质量特性大体一致的舱段,经过地面技术人员的精确控制,通过精准转位对向布置在天和核心舱两侧,形成“T”字的一横,天和核心舱则是那一竖。


这样一来,天和核心舱仍保持着前向、后向、径向三向对接的能力。后向对接口可对接货运飞船,使组合体可以直接利用货运飞船的发动机进行轨道机动;前向、径向两个对接口不仅可以接纳两艘载人飞船实现轮换,而且在保持正常三轴稳定对地姿态时,两对接口都在轨道平面内,即可让载人飞船在轨道面内沿飞行方向和沿轨道半径方向直接对接,使航天员的天地往返更加安全快捷。


问天实验舱、梦天实验舱配置的两对大型太阳翼,成为T字一横远端的两个“大风车”,不管空间站以何种姿势飞行,都能实现高效发电。此外,两实验舱的气闸舱都分别位于T字一横的端头,在正常工作泄压或异常隔离时,均不影响其他密封舱段构成连贯空间,保证了空间站在轨稳定运行。


“T”字构型有何优势?

“为了使航天器易于运动控制,构型要保证主结构和质量分布尽量对称、紧凑,以获得好的质量特性。”航天科技集团五院空间站系统总指挥王翔表示,转位后的“T”字构型结构对称,从姿态控制、组合体管理等角度来看,都是比较稳定的构型,易于组合体的飞行。且由于其受到的地心引力、大气扰动等影响较为均衡,空间站姿态控制消耗的推进剂和其他资源较少。


如果采用非对称构型,组合体的力矩、质心与所受到的干扰相对于姿态控制、轨道来说都不是对称的,其飞行效率更低,控制模式更加复杂,一旦构型发生偏转,就需要付出额外的代价和资源将其控回。


也正是因此,航天科技集团五院在前期设计时,就将组合体作为完整系统考虑,确保问天实验舱和梦天实验舱的尺寸、质量特性大体一致,从而获得整体构型下较好的动力学特性。


为何要经历在轨转位?

本次梦天实验舱的转位过程与数月前的问天实验舱类似,均是在完成相关状态设置后与天和核心舱分离,采用平面转位方式完成转位,并与节点舱侧向端口再对接,从而完成空间站“T”字基本构型的建造任务。转位动作在我国空间站的建造及后续任务实施中发挥了重要作用。


实验舱为何不能在发射后,直接侧向交会对接到天和核心舱两侧呢?


航天科技集团五院技术人员解释道,如果实验舱与空间站组合体进行侧向对接,会因为质心偏差对空间站姿态造成较大影响,甚至可能会有滚转失控的风险。同时,根据空间站建造方案,两个实验舱将在天和核心舱的侧向永久停泊,如果选择侧向交会对接,需要在天和核心舱两个侧向端口分别配置一套“一次性”的交会对接设备,造成资源浪费。因此,采用前向交会对接,再通过转位移至核心舱侧向停泊口的方案设计最优。


这正是中国空间站“1+1+1=1”理念的典型体现,即系统各部分各自独立,组成系统时又相互联系、相互作用,有机地形成一个整体。


三舱形成“T”字构型后,由天和核心舱进行统一的组合体管理,包括姿态轨道控制、载人环境、热控、信息通信等;问天实验舱与天和核心舱互为备份,可随时接替天和核心舱对空间站组合体进行统一管理和控制;问天实验舱、梦天实验舱为开展舱内外科学实验,提供支持。三舱协同配合、有机统一,构成更加完整可靠的空间站组合体。接下来,梦天实验舱还将开展在轨测试、航天员驻留等任务。

北京日报(ID:Beijing_Daily)记者 刘苏雅 通讯员 任昕宇 苏际聪 毛凌野 时小丹 罗维玮、@人民日报、@央视新闻【转载请注明来源:北京日报微信公众号】

监制:刘昊

编辑:苏越


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