中國空間站完成太空泊車，專家揭秘背后高科技

北京時間2022年9月30日12時44分，經過約1小時的天地協同，我國空間站的問天實驗艙完成轉位，空間站組合體由兩艙（天和核心艙、問天實驗艙）“一”字構型轉變為“L”字構型。

轉位期間，問天實驗艙首先完成相關狀態設置，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。后續，空間站組合體將以“L”字構型在軌飛行，等待夢天實驗艙發射、交會對接后，還將轉位形成空間站三艙“T”字構型組合體。

澎湃新聞（www.thepaper.cn）10月1日從上海航天八院（以下簡稱“八院”）獲悉，在被航天界形象比喻為“太空泊車”的此次任務中，八院805所設計研制的對接與轉位分系統發揮了關鍵作用，包括轉臂、轉位基座、對接機構等在內的產品分工明確、各顯神通，確保轉位過程起得柔、轉得穩、停得準、對得順，讓首次“太空泊車”成功完成，為祖國送上了一份生日禮物。為什么要“太空泊車”？其背后又有哪些高科技在支撐？八院專家對此做了揭秘。

為什么要“太空泊車”？

八院空間站系統產保經理魏智表示，按照我國空間站建造方案，在空間站組裝建造階段，陸續發射的兩個實驗艙（問天實驗艙、夢天實驗艙）將對稱分布于天和核心艙節點艙的兩個側向停泊口，完成空間站“T字”基本構型的建造任務。

“問天實驗艙是我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，甚至會出現滾轉失控的風險”，魏智進一步解釋道，“就像是我們用手推一根木棍的底部，如果是沿著它的方向直推過去的話，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，偏離質心的力足以讓空間站的姿態失穩。”因此，兩個實驗艙都將先軸向對接于前向端口（類似于手推木棍底部），再通過轉位移至側向停泊口。轉位動作的成敗，直接關乎我國空間站的建造及后續任務實施。

國際上首次平面式轉位

轉位是更加穩妥之法，那么如何實施？又該怎么轉？

為了讓問天實驗艙的轉位過程變得更加平穩、順利，八院805所對接與轉位研制團隊幾經論證，并綜合對比國際空間站的轉位方案，創造性提出了“平面式轉位方案”，這是國際上首次以平面式轉位方案完成航天器的轉位動作。

魏智說，俄羅斯“和平號”空間站采用的是翻轉式組裝方案，但這一方案在艙體轉位到位后，艙體姿態會發生90°的翻轉，而我國采用的方案，則是讓問天實驗艙在同一平面內進行轉位，此時由于質心的運動軌跡也處在一個平面，轉位動作對空間站組合體的姿態擾動較小，更易于空間站的姿態控制。

相對于翻轉式轉位方案，平面式轉位方案結構設計難度更大，地面試驗系統也更為復雜。為了讓轉位任務一氣呵成、一次成功，研制團隊對平面式轉位方案進行了精心的分析論證，并研發了相應的測試系統，來進行在軌工作載荷及轉位全時序試驗驗證，確保了實驗艙轉位任務的有序、安全、可靠。

纖纖轉臂大顯身手

據專家介紹，此次轉位動作主要由配置在實驗艙上的轉臂機構以及核心艙節點艙上的轉位基座擔綱完成。

位于實驗艙上的轉臂機構像是一支纖纖“小臂”，但卻孕育著舞動乾坤的大能量。它以細致靈動的流暢操作，讓重達23噸的實驗艙起得柔、轉得穩、停得準、對得順。

首先，轉臂捕獲安裝在核心艙上的轉位基座，也就是將“手”輕輕搭到核心艙上并實現剛性連接，此時，對接機構解鎖，實驗艙與核心艙之間處于柔性連接狀態；隨后，轉臂緩緩起動，在兩分鐘內以肉眼難以察覺的速度實現艙體緩慢起動，并逐漸提高至全速轉動。哪怕是在全速轉動的過程中，“小臂”的運動速度也很低，且不能出現“急剎”“點剎”的現象，這樣低速且勻速的運轉模式，可以有效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”，轉臂上安裝了緩沖耗能裝置，既可以避免大慣量沖擊造成“小臂骨折”，又能在三分鐘內快速消耗艙體轉位帶來的動能，使實驗艙精準地停在預定的側向對接位置。

“倒車入庫”已經過數千次試驗

問天實驗艙成功轉位至側向停泊口后，需要與天和核心艙完成側向再對接，也就是最后一步動作——“倒車入庫”，這一動作需要對接機構和轉位機構之間協調配合、共同完成。

首先，轉位機構要具有位置保持的能力，讓23噸的實驗艙以“懸停姿態”做好對接準備；其次，對接機構則要改變以往“粗暴的強吻”方式，采用一種全新的捕獲對接方式，也就是“準靜態對接技術”。

上海航天專家透露，其方式是由實驗艙的對接機構主動推出對接環實現捕獲，這一“吻”更輕盈、也更溫柔。