為何要實(shí)現(xiàn)“T”字構(gòu)型
光明日?qǐng)?bào)記者 張蕾 光明日?qǐng)?bào)通訊員 任昕宇 蘇際聰 毛凌野
11月3日9時(shí)32分,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位,中國(guó)空間站組合體實(shí)現(xiàn)了“T”字基本構(gòu)型,即以天和核心艙為對(duì)稱軸,問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙分布于天和核心艙節(jié)點(diǎn)艙的兩個(gè)側(cè)向停泊口。
在我國(guó)空間站的建造及后續(xù)任務(wù)實(shí)施中,艙體的轉(zhuǎn)位動(dòng)作發(fā)揮著重要作用。關(guān)于轉(zhuǎn)位,相信這些問(wèn)題的答案,你一定想知道……
為什么要轉(zhuǎn)位
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)作從天和核心艙的前向?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,直接側(cè)向交會(huì)對(duì)接到天和核心艙的兩側(cè)呢?據(jù)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總指揮王翔介紹,主要有兩方面原因:一是實(shí)驗(yàn)艙與空間站組合體直接進(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,就需要在天和核心艙的兩個(gè)側(cè)向端口分別配置一套交會(huì)對(duì)接設(shè)備,并且這兩套設(shè)備只能使用一次,造成資源浪費(fèi)?!坝纱丝梢?jiàn),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?!蓖跸鑿?qiáng)調(diào)。
不過(guò),他表示,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙在轉(zhuǎn)位任務(wù)安排上有些差異:?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙在經(jīng)過(guò)發(fā)射和交會(huì)對(duì)接后,先開(kāi)展航天員出艙等一系列任務(wù),而后再轉(zhuǎn)位;夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙則在發(fā)射、交會(huì)對(duì)接后直接轉(zhuǎn)位,待形成“T”字構(gòu)型組合體后,再開(kāi)展在軌測(cè)試、航天員駐留等任務(wù)。
為什么是“T”字構(gòu)型
2022年7月,問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射并與天和核心艙完成交會(huì)對(duì)接,空間站組合體呈兩艙“一”字構(gòu)型。9月底,問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位成功,空間站組合體變?yōu)閮膳摗癓”字構(gòu)型。幾天前,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射并與天和核心艙完成前向交會(huì)對(duì)接,空間站組合體呈橫向且不對(duì)稱的“T”字構(gòu)型。此次,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位,三艙最終呈現(xiàn)真正的“T”字構(gòu)型。
為什么是“T”字構(gòu)型呢?據(jù)悉,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,易于控制航天器的運(yùn)動(dòng)。
誠(chéng)然,轉(zhuǎn)位后空間站的“T”字構(gòu)型結(jié)構(gòu)對(duì)稱,從姿態(tài)控制、組合體管理上都比較穩(wěn)定,顯然更易于組合體的飛行,而且受到地心引力、大氣擾動(dòng)等影響較為均衡,姿態(tài)控制消耗的推進(jìn)劑和其他資源較少?!叭舨捎梅菍?duì)稱構(gòu)型,空間站組合體的力矩、質(zhì)心與受到的干擾,相對(duì)于姿態(tài)控制、軌道來(lái)說(shuō)都不對(duì)稱,飛行效率更低,控制模式也更加復(fù)雜,一旦發(fā)生偏轉(zhuǎn),就需要付出額外的資源和代價(jià)將其控制回來(lái)。”王翔解釋。
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)精心安排、周密部署了轉(zhuǎn)位方案。轉(zhuǎn)位過(guò)程中,測(cè)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(gè)轉(zhuǎn)位過(guò)程100%受控;機(jī)械臂分系統(tǒng)始終作為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的備份手段,保障平臺(tái)安全;熱控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)空間站組合體的溫度控制,包括向太空輻射散熱與熱管理;空間站GNC(制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制)分系統(tǒng)始終精準(zhǔn)控制,確保組合體以最高穩(wěn)定度進(jìn)入??貭顟B(tài);數(shù)管分系統(tǒng)發(fā)揮“智能大腦”作用,處置一系列復(fù)雜指令,全程零差錯(cuò)。得益于各分系統(tǒng)的高效配合,此次任務(wù)僅用約1小時(shí)就圓滿完成。
為什么能“1+1+1=1”
中國(guó)空間站在設(shè)計(jì)之初就運(yùn)用了系統(tǒng)科學(xué)的思想,即系統(tǒng)的各部分相對(duì)獨(dú)立,組成系統(tǒng)時(shí)則相互聯(lián)系、作用,有機(jī)地形成一個(gè)整體。
三艙形成“T”字構(gòu)型后,便以“1+1+1=1”的理念構(gòu)建成為“組合體核心”。其中,由天和核心艙進(jìn)行統(tǒng)一的組合體管理,包括姿態(tài)軌道控制、載人環(huán)境、熱控、信息通信等;問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙互為備份,問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙可隨時(shí)接替天和核心艙對(duì)空間站組合體進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制;問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙為開(kāi)展艙內(nèi)外科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供支持。三艙如此協(xié)同配合、有機(jī)統(tǒng)一,構(gòu)成更加完整可靠的空間站組合體。
值得一提的是,夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙上還配置了由航天科技集團(tuán)五院研制的貨物氣閘艙與艙外展開(kāi)試驗(yàn)平臺(tái)?!敖窈?,需要安裝在艙外的科學(xué)試驗(yàn)設(shè)備可通過(guò)貨運(yùn)飛船運(yùn)送到空間站,再通過(guò)貨物氣閘艙把載荷送到艙外,由機(jī)械臂或者航天員安裝到艙外平臺(tái)上,從而實(shí)現(xiàn)艙外試驗(yàn)項(xiàng)目的不斷更新。”王翔表示。
(光明日?qǐng)?bào)北京11月3日電)
《光明日?qǐng)?bào)》( 2022年11月04日 08版)
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