夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為什么要轉(zhuǎn)位？我國(guó)空間站組合體為何要形成“T”字基本構(gòu)型？

轉(zhuǎn)位動(dòng)作在我國(guó)空間站的建造及后續(xù)任務(wù)實(shí)施中發(fā)揮了重要作用。問(wèn)天、夢(mèng)天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙在發(fā)射后，首先與天和核心艙進(jìn)行前向交會(huì)對(duì)接，再通過(guò)轉(zhuǎn)位動(dòng)作從天和核心艙前向?qū)涌谝苿?dòng)到側(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)。

為什么不能在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后，通過(guò)側(cè)向交會(huì)對(duì)接，直接到天和核心艙的兩側(cè)呢？航天科技集團(tuán)五院的專家告訴記者，主要有兩方面原因：一是實(shí)驗(yàn)艙與空間站組合體進(jìn)行側(cè)向?qū)?，?huì)因?yàn)橘|(zhì)心偏差對(duì)空間站姿態(tài)造成較大影響，甚至可能會(huì)有滾轉(zhuǎn)失控的風(fēng)險(xiǎn)；二是根據(jù)空間站建造方案，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙將在天和核心艙的側(cè)向永久停泊，如果選擇側(cè)向交會(huì)對(duì)接，首先需要在天和核心艙兩個(gè)側(cè)向端口分別配置一套交會(huì)對(duì)接設(shè)備，且這兩套設(shè)備只能使用一次，造成資源的浪費(fèi)。

因此，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙先與核心艙進(jìn)行前向交會(huì)對(duì)接，再通過(guò)轉(zhuǎn)位移至核心艙側(cè)向停泊口的方案設(shè)計(jì)是最優(yōu)的。

為確保夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)順利實(shí)施，航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)精心制定了轉(zhuǎn)位方案。轉(zhuǎn)位過(guò)程中，測(cè)控與通信分系統(tǒng)、機(jī)械臂分系統(tǒng)等各分系統(tǒng)高效配合，使得此次任務(wù)僅用約1小時(shí)就圓滿完成。

那么，我國(guó)空間站組合體為何要形成“T”字基本構(gòu)型？航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔介紹，為了使航天器易于運(yùn)動(dòng)控制，構(gòu)型要保證主結(jié)構(gòu)和質(zhì)量分布盡量對(duì)稱、緊湊，以獲得好的質(zhì)量特性。

王翔表示，轉(zhuǎn)位后的“T”字基本構(gòu)型結(jié)構(gòu)對(duì)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(dòng)等影響較為均衡，空間站姿態(tài)控制消耗的推進(jìn)劑和其他資源較少。若采用非對(duì)稱構(gòu)型，組合體的力矩、質(zhì)心與所受到的干擾相對(duì)于姿態(tài)控制、軌道來(lái)說(shuō)都不是對(duì)稱的，其飛行效率更低，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(jià)和資源將其控回。

為了讓“T”字構(gòu)型更加穩(wěn)定可靠，航天科技集團(tuán)五院的研制團(tuán)隊(duì)著眼于中國(guó)空間站的系統(tǒng)集成，一體化設(shè)計(jì)出整站三艙，構(gòu)建了一個(gè)“組合體核心”，作為“最強(qiáng)大腦”對(duì)整個(gè)空間站進(jìn)行統(tǒng)一管理，保證各艙段、飛行器動(dòng)作協(xié)調(diào)。

轉(zhuǎn)位成功后，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙被對(duì)向布置在天和核心艙兩側(cè)，形成“T”字的一橫。這樣的布局充分利用了每個(gè)實(shí)驗(yàn)艙自身近20米長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合各自資源艙末端配置的雙自由度太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩對(duì)大型太陽(yáng)翼成為“T”字一橫遠(yuǎn)端的兩個(gè)“大風(fēng)車(chē)”，不管空間站以何種姿勢(shì)飛行，都能獲得高效的發(fā)電功效。

此外，問(wèn)天、夢(mèng)天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙都分別位于“T”字一橫的端頭，正常工作泄壓或異常隔離時(shí)均不影響其他密封艙段構(gòu)成連貫空間，可保證空間站運(yùn)行的安全性。

作為“T”字一豎的天和核心艙保持著前向、后向、徑向三向?qū)拥哪芰?。后向可?duì)接貨運(yùn)飛船，使組合體可以直接利用貨運(yùn)飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)。前向、徑向兩個(gè)對(duì)接口不僅可以接納兩艘載人飛船實(shí)現(xiàn)輪換，且在保持正常三軸穩(wěn)定對(duì)地姿態(tài)時(shí)，兩對(duì)接口都在軌道平面內(nèi)，即可讓載人飛船在軌道面內(nèi)沿飛行方向和沿軌道半徑方向直接對(duì)接，無(wú)需對(duì)接后再轉(zhuǎn)換對(duì)接口，使航天員往返更加安全快捷。