郭睿?史紀鑫?商帥?科技日報記者?付毅飛
據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間9月30日12時44分，經過約1小時的天地協(xié)同，問天實驗艙完成轉位。
【資料圖】
轉位期間，問天實驗艙首先完成相關狀態(tài)設置，而后與天和核心艙分離，之后采用平面轉位方式完成轉位，并與節(jié)點艙側向端口再對接。
這是我國首次利用轉位機構在軌實施大體量艙段轉位操作。問天實驗艙轉位完成后，空間站組合體由兩艙“一”字構型轉變?yōu)閮膳摗癓”構型。
用一根扁擔挑起兩頭大象
空間站艙段轉位技術是中國空間站建造必須突破的關鍵技術之一。看似簡單的動作，其實是融合前向撤離、艙段轉位、側向對接等高難度動作的“組合拳”。
艙段轉位期間，由百余公斤的轉位機構驅動20多噸的實驗艙進行大范圍轉移，如同用一根扁擔挑起兩頭大象一樣，屬于動力學特性最脆弱的狀態(tài)，兩端輕微振動就可能產生嚴重后果。為確保結構安全，必須暫時關閉組合體姿態(tài)主動控制，讓空間站在自由漂浮狀態(tài)下完成艙段轉位。
可是讓空間站組合體這樣幾十噸的龐然大物在太空中處于被動穩(wěn)定狀態(tài)談何容易。作為本次轉位任務的抓總負責單位，中國航天科技集團五院組織研制團隊開展了多輪頭腦風暴：“借鑒鐘擺原理先把組合體立起來？”“再讓組合體轉個身，向后轉位?！薄白尳M合體靠重力作用像鐘擺一樣穩(wěn)定對地軸，靠問天實驗艙上兩個大型太陽翼像羽毛球一樣穩(wěn)定偏航軸，從而形成三軸被動穩(wěn)定飛行狀態(tài)……”思想激蕩中，被動穩(wěn)定轉位方案逐漸明確。
多重試驗驗證備戰(zhàn)“大考”
在空間站建造任務中，艙段轉位動作堪稱“大考”。為了交出完美的成績單，研制團隊進行了多重模擬仿真，開展了大量試驗驗證工作。
本次轉位采用平面轉位方式。對這種方式，研制團隊可以在地面使用氣浮臺進行大量轉位試驗，充分驗證轉位路徑。
空間站始終采用“三艙伴飛”的模式，地面的“電性空間站”針對此次任務進行了全流程模擬試驗；“云端”中的“數字空間站”利用多學科仿真模型，在飛行程序驅動下開展了轉位過程中姿態(tài)預示、中繼測控鏈路遮擋和能量平衡等多學科聯(lián)合仿真。這些技術手段，充分驗證了轉位實施方案的可實施性和轉位過程中姿態(tài)、能源、測控通信等多專業(yè)的匹配度。
2022年1月6日，空間站機械臂轉位貨運飛船試驗取得圓滿成功，這是我國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗，也是問天實驗艙轉位前的一次正式預演。這次轉位試驗先后完成了機械臂捕獲天舟二號、對接機構分離、天舟二號轉位、兩艙再次對接等一系列預定動作，為問天實驗艙轉位任務成功實施奠定了堅實基礎。
1個月后迎接夢天實驗艙
本次轉位任務過程中，空間站各分系統(tǒng)間大力配合、協(xié)同保障。
五院空間站問天實驗艙副主任設計師羅超說，任務中，空間站機械臂分系統(tǒng)始終作為轉位機構的備份手段，保障平臺安全；GNC分系統(tǒng)始終精準控制，確保組合體以最高穩(wěn)定度進入?？貭顟B(tài)；測控與通信分系統(tǒng)在天地間搭建起暢通的通信鏈路，傳輸高清圖像，使得整個轉位過程100%受控；數管分系統(tǒng)發(fā)揮“智能大腦”作用，處置一系列復雜指令，全程零差錯……
在各分系統(tǒng)高效配合下，任務僅一個小時左右就圓滿完成。
按計劃，空間站組合體將以“L”字構型在軌飛行約1個月，等待夢天實驗艙發(fā)射、交會對接后，將轉位形成空間站三艙“T”字構型組合體。
（圖片來源：中國載人航天工程辦公室）
關鍵詞： 中國空間站
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