來源：科技日報

◎ 任昕宇 蘇際聰 毛淩野 時小丹 羅維玮 科技日報記者 付毅飛

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位。

轉位期間，夢天實驗艙先完成相關狀态設置，再與空間站組合體分離，之後采用平面轉位方式經約一小時完成轉位，與天和核心艙節點艙側向端口再次對接。今天下午，神舟十四号航天員乘組将進入夢天實驗艙。

夢天實驗艙轉位完成标志着中國空間站“T”字基本構型在軌組裝完成，向着建成空間站的目标邁出了關鍵一步。按計劃，後續将開展空間站組合體基本功能測試和評估。

一個多月前，問天實驗艙完成了我國首次利用轉位機構在軌實施大體量艙段轉位操作，此次夢天實驗艙轉位過程與之很相似。通過兩次轉位，空間站組合體實現了“T”字基本構型：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點艙的兩個側向停泊口。

這兩次轉位任務均由中國航天科技集團五院抓總負責。或許你還有不少疑問，來聽聽五院專家怎麼說吧。

為什麼要轉位？

轉位動作在我國空間站的建造及後續任務實施中發揮了重要作用。“問天”“夢天”兩個實驗艙在發射後，首先與天和核心艙進行前向交會對接，再通過轉位動作從天和核心艙前向對接口移動到側向停泊口，從而完成空間站“T”字基本構型的建造任務。

為什麼不讓實驗艙通過側向交會對接，直接對接到天和核心艙兩側？

有兩方面原因：

一是實驗艙與空間站組合體進行側向對接，會因為質心偏差對空間站姿态造成較大影響，甚至可能會有滾轉失控的風險；

二是根據空間站建造方案，兩個實驗艙将在天和核心艙的側向永久停泊，如果選擇側向交會對接，首先需要在天和核心艙兩個側向端口分别配置一套交會對接設備，并且這兩套設備隻能使用一次，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，再通過轉位移至核心艙側向停泊口，這是最優的方案設計。

不過，兩個實驗艙在轉位任務安排上有些差異。問天實驗艙在經過發射和交會對接後，開展了航天員出艙等一系列任務，而後開展轉位。與問天實驗艙不同，夢天實驗艙在發射、交會對接後直接轉位，待形成“T”字構型組合體後，再開展在軌測試、航天員駐留等任務。

夢天實驗艙轉位任務的順利實施，離不開各系統的高效配合。測控與通信分系統在天地間搭建起暢通的通信鍊路，傳輸高清圖像，讓整個轉位過程100%受控；機械臂分系統始終作為轉位機構的備份手段，保障平台安全；熱控分系統負責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GNC（制導、導航與控制）分系統始終精準控制，确保組合體以最高穩定度進入停控狀态；數管分系統發揮“智能大腦”作用，完成對一系列複雜指令的零差錯處置。

為什麼是“T”字構型？

2022年7月，問天實驗艙發射并與天和核心艙完成交會對接，空間站組合體呈兩艙“一”字構型。9月底，問天實驗艙轉位成功，空間站組合體變為兩艙“L”字構型。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位，三艙最終呈現現在的“T”字構型。

為什麼是“T”字？

要想使航天器易于運動控制，構型要保證主結構和質量分布盡量對稱、緊湊，以獲得好的質量特性。

轉位後的“T”字構型結構對稱，從姿态控制、組合體管理上都比較穩定，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，空間站姿态控制消耗的推進劑和其他資源較少。反之，若采用非對稱構型，組合體的力矩、質心與所受到的幹擾相對于姿态控制、軌道來說都不是對稱的，其飛行效率更低，控制模式更加複雜，一旦構型發生偏轉，就需要付出額外的代價和資源将其控回。

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，從而高效發電；兩個氣閘艙也位于兩端，正常工作洩壓或異常隔離時，均不影響其他密封艙段構成連貫空間，從而進一步保證了空間站運行的安全性。

而作為“T”字那一豎的天和核心艙，仍然保持着前向、後向、徑向三向對接的能力。後向可對接貨運飛船，使組合體可以直接利用貨運飛船的發動機進行軌道機動；前向、徑向兩個對接口不僅可以接納兩艘載人飛船實現輪換，而且在保持正常三軸穩定對地姿态時，兩對接口都在軌道平面内，即可讓載人飛船在軌道面内沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對接，無需對接後再轉換對接口，使航天員往返更加安全快捷。

怎樣實現“1 1 1="1"”？

中國空間站在設計之初就運用了系統科學的思想：系統各部分分别獨立，組成系統時又相互聯系、相互作用，有機地形成一個整體。

從各艙段到組合體，其構型都是系統功能驅動的結果。為讓每個艙段構型設計能夠滿足發射和獨立在軌飛行的要求，航天科技集團五院充分考慮組合體作為完整系統，形成有利于在軌長期工作的構型。三艙形成“T”字構型後，以“1 1 1="1"”的理念構建成為“組合體核心”。

其中，由天和核心艙進行統一的組合體管理，包括姿态軌道控制、載人環境、熱控、信息通信等。

問天實驗艙與天和核心艙互為備份，可随時接替天和核心艙對空間站組合體進行統一管理和控制，并具備與核心艙進行交會對接、轉位和停泊的能力。同時它還支持航天員在軌長期駐留及出艙活動，支持開展密封艙内、艙外科學實驗和技術試驗。

夢天實驗艙則具備載荷自動進出艙能力，支持空間科學實驗的能力也更強。三艙協同配合、有機統一，構成完整可靠的基本構型轉入運營階段。

來源：科技日報

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