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高難度的“太空泊車”

2022-10-01 06:35


    高難度的“太空泊車”

    九月三十日,中國空間站在四百公里的高空上演了一場高難度的“太空泊車”,將二十多噸的問天實驗艙從天和核心艙前向對接口緩慢平移至側向對接口,完成由“一”字構型到“L”構型的“變形”,以全新姿態等待夢天實驗艙的到來。

    為何需要轉位

    此次任務是問天實驗艙首次在軌轉位。按照規劃,在中國空間站組裝建造階段,陸續發射的兩個實驗艙將對稱分佈於天和核心艙節點艙的兩個側向停泊口,建成空間站“T”字基本構型。

    中國航天科技集團八院空間站系統副總師魏智指出,問天實驗艙是中國目前最大的單體航天器,如果直接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態造成較大影響。

    “好比我們用手推一根木棍的底部,如果沿着它的方向直推過去,木棍會徑直向前走;如果從側面撞過去,木棍則會發生較大的偏轉。在太空的微重力狀態下,偏離質心的力足以‘四兩撥千斤’,使空間站姿態失穩。”魏智說,因此,兩個實驗艙都需要先軸向對接於核心艙節點艙前向端口,再通過轉位,移至側向停泊口。

    首創平面轉位

    為了讓實驗艙轉位更為平穩,問天實驗艙採用了平面轉位方式。這是國際上首次用平面轉位方案完成航天器的轉位動作。

    魏智介紹稱,和平號空間站採用了翻轉式轉位方案,艙體完成轉位後,其姿態會發生九十度的翻轉,中國空間站採用的方案則是讓問天實驗艙在同一平面內進行轉位,此時由於質心的運動軌跡處在一個平面,轉位動作對空間站組合體的姿態擾動較小,更易於空間站的姿態控制。然而,與翻轉式轉位方案相比,平面式轉位方案結構設計難度更大,地面試驗系統更為複雜。研製團隊研發了相應的測試系統進行在軌工作載荷及轉位全時序試驗驗證,以確保實驗艙轉位任務安全可靠地實施。

    “小臂”顯身手

    此次轉位動作主要由配置在問天實驗艙上的轉臂機構以及天和核心艙節點艙上的轉位基座完成。位於實驗艙上的轉臂機構,雖像一支纖纖“小臂”,但操作細緻靈活,能讓二十多噸的實驗艙起得柔、轉得穩、停得準、對得順。

    轉臂首先捕獲核心艙上的轉位基座,就是將“手”輕輕搭到核心艙上並實現剛性連接,此時,對接機構解鎖,隨後,轉臂緩慢移動艙體,其間,不能出現“急剎”、“點剎”,需以低速且勻速的運轉模式,降低對空間站組合體的擾動。

    在即將到達側向停泊點時,轉臂開啟“制動”模式,為了避免電機斷電可能帶來的“急剎車”,轉臂上安裝了緩衝耗能裝置,既可以避免大慣量衝擊造成“小臂骨折”,又能在三分鐘內快速消耗艙體轉位帶來的動能,使實驗艙能夠精準地停在預定的側向對接位置。

    問天實驗艙成功轉位至側向停泊口後,迎來最後一步動作“倒車入庫”,也就是與天和核心艙完成側向再對接。轉位機構的位置保持能力可讓實驗艙以“懸停姿態”做好對接準備,對接機構則採用全新的捕獲對接方式“準靜態對接技術”,由實驗艙的對接機構主動推出對接環實現捕獲。

    (北京三十日電)

    中新社記者  馬帥莎  鄭瑩瑩  劉艷