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。