梦天舱是如何转位的?为什么要转位?

科技 2022-11-03 10:39:53
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本文转自:人民日报客户端

余建斌

北京时间2022年11月3日9时32分,空间站梦天实验舱顺利完成转位。神舟十四号航天员乘组随后将进入梦天实验舱。

梦天实验舱转位完成标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成,向着建成空间站的目标迈出了关键一步。

为什么要转位?

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。“问天”“梦天”两个实验舱在发射后,首先与天和核心舱进行前向交会对接,再通过转位动作从天和核心舱前向对接口移动到侧向停泊口,从而完成空间站“T”字基本构型的建造任务。

为什么不能在实验舱发射后,通过侧向交会对接,直接到天和核心舱的两侧呢?中国航天科技集团五院专家介绍说,有两方面原因:一是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;二是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,首先需要在天和核心舱两个侧向端口分别配置一套交会对接设备,并且这两套设备只能使用一次,造成资源的浪费。由此可见,两个实验舱先与核心舱进行前向交会对接,再通过转位移至核心舱侧向停泊口的方案设计是最优的。

不过,两个实验舱在转位任务安排上有些差异。问天实验舱在经过发射和交会对接后,开展了航天员出舱等一系列任务,而后开展转位。与问天实验舱不同,梦天实验舱在发射、交会对接后直接转位,待形成“T”字构型组合体后,再开展在轨测试、航天员驻留等任务。

为什么是“T”字构型?

2022年7月,问天实验舱发射,与天和核心舱完成交会对接,空间站组合体呈两舱“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,空间站组合体呈横向且不对称的“T”字构型。刚刚,梦天实验舱完成转位,三舱最终呈现“T”字构型。

那么,为什么是“T”字构型呢?中国航天科技集团五院空间站系统总指挥王翔表示:“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。”

转位后的“T”字构型结构对称,从姿态控制、组合体管理上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。若采用非对称构型,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。

为确保梦天实验舱转位任务顺利实施,中国航天科技集团五院研制团队精心安排、周密部署,制定了转位方案。转位过程中,测控与通信分系统在天地间搭建起畅通的通信链路,传输高清图像,使得整个转位过程100%受控;机械臂分系统始终作为转位机构的备份手段,保障平台安全;热控分系统负责整个空间站组合体的温度控制,包括向太空辐射散热与热管理;空间站机GNC分系统始终精准控制,确保组合体以最高稳定度进入停控状态;数管分系统发挥“智能大脑”作用,处置一系列复杂指令,全程零差错。各分系统的高效配合,使得此次任务仅用约1小时就圆满完成。

1+1+1=1

中国空间站在设计之初就运用了系统科学的思想:系统的各部分各自独立,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,以“1+1+1=1”的理念构建成为“组合体核心”。其中,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。

值得一提的是,梦天实验舱上还配置了由中国航天科技集团五院结构机构分系统研制的货物气闸舱与舱外展开试验平台,今后需要安装在舱外的科学试验设备,可通过货运飞船运送到空间站,再通过货物气闸舱把载荷送到舱外,由机械臂或者航天员安装到舱外平台上,从而实现舱外试验项目的不断更新。

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