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用一根扁擔(dān)挑起兩頭大象！中國空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)“大考”

來源： 科技日報(bào) ? 2022-10-09 10:31:36

據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，北京時(shí)間9月30日12時(shí)44分，經(jīng)過約1小時(shí)的天地協(xié)同，問天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位。

轉(zhuǎn)位期間，問天實(shí)驗(yàn)艙首先完成相關(guān)狀態(tài)設(shè)置，而后與天和核心艙分離，之后采用平面轉(zhuǎn)位方式完成轉(zhuǎn)位，并與節(jié)點(diǎn)艙側(cè)向端口再對接。

這是我國首次利用轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)在軌實(shí)施大體量艙段轉(zhuǎn)位操作。問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位完成后，空間站組合體由兩艙“一”字構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)閮膳?ldquo;L”構(gòu)型。

用一根扁擔(dān)挑起兩頭大象

空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)是中國空間站建造必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。看似簡單的動作，其實(shí)是融合前向撤離、艙段轉(zhuǎn)位、側(cè)向?qū)拥雀唠y度動作的“組合拳”。

艙段轉(zhuǎn)位期間，由百余公斤的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)驅(qū)動20多噸的實(shí)驗(yàn)艙進(jìn)行大范圍轉(zhuǎn)移，如同用一根扁擔(dān)挑起兩頭大象一樣，屬于動力學(xué)特性最脆弱的狀態(tài)，兩端輕微振動就可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果。為確保結(jié)構(gòu)安全，必須暫時(shí)關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)位任務(wù)的抓總負(fù)責(zé)單位，中國航天科技集團(tuán)五院組織研制團(tuán)隊(duì)開展了多輪頭腦風(fēng)暴：“借鑒鐘擺原理先把組合體立起來?”“再讓組合體轉(zhuǎn)個(gè)身，向后轉(zhuǎn)位。”“讓組合體靠重力作用像鐘擺一樣穩(wěn)定對地軸，靠問天實(shí)驗(yàn)艙上兩個(gè)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(zhuǎn)位方案逐漸明確。

多重試驗(yàn),備戰(zhàn)“大考”

在空間站建造任務(wù)中，艙段轉(zhuǎn)位動作堪稱“大考”。為了交出完美的成績單，研制團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多重模擬仿真，開展了大量試驗(yàn)驗(yàn)證工作。

本次轉(zhuǎn)位采用平面轉(zhuǎn)位方式。對這種方式，研制團(tuán)隊(duì)可以在地面使用氣浮臺進(jìn)行大量轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，充分驗(yàn)證轉(zhuǎn)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(wù)進(jìn)行了全流程模擬試驗(yàn);“云端”中的“數(shù)字空間站”利用多學(xué)科仿真模型，在飛行程序驅(qū)動下開展了轉(zhuǎn)位過程中姿態(tài)預(yù)示、中繼測控鏈路遮擋和能量平衡等多學(xué)科聯(lián)合仿真。這些技術(shù)手段，充分驗(yàn)證了轉(zhuǎn)位實(shí)施方案的可實(shí)施性和轉(zhuǎn)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(jī)械臂轉(zhuǎn)位貨運(yùn)飛船試驗(yàn)取得圓滿成功，這是我國首次利用空間站機(jī)械臂操作大型在軌飛行器進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，也是問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位前的一次正式預(yù)演。這次轉(zhuǎn)位試驗(yàn)先后完成了機(jī)械臂捕獲天舟二號、對接機(jī)構(gòu)分離、天舟二號轉(zhuǎn)位、兩艙再次對接等一系列預(yù)定動作，為問天實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位任務(wù)成功實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1個(gè)月后迎接夢天實(shí)驗(yàn)艙

本次轉(zhuǎn)位任務(wù)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(shí)驗(yàn)艙副主任設(shè)計(jì)師羅超說，任務(wù)中，空間站機(jī)械臂分系統(tǒng)始終作為轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的備份手段，保障平臺安全;GNC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);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(gè)轉(zhuǎn)位過程100%受控;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)……

在各分系統(tǒng)高效配合下，任務(wù)僅一個(gè)小時(shí)左右就圓滿完成。

按計(jì)劃，空間站組合體將以“L”字構(gòu)型在軌飛行約1個(gè)月，等待夢天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射、交會對接后，將轉(zhuǎn)位形成空間站三艙“T”字構(gòu)型組合體。

標(biāo)簽： 中國空間站 載人航天工程 問天實(shí)驗(yàn)艙 夢天實(shí)驗(yàn)艙

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