由天和全景攝像機拍攝的轉(zhuǎn)位動作 圖源：中國載人航天工程辦公室

本次轉(zhuǎn)位任務(wù)由航天科技集團五院抓總負責。為確保任務(wù)順利實施，研制團隊從系統(tǒng)工程思想中汲取營養(yǎng)，從頂層規(guī)劃到組織實施開展了大量設(shè)計驗證工作。

(相關(guān)資料圖)

“頭腦風(fēng)暴”出轉(zhuǎn)位方案

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。這個動作看似簡單，實則是空間站任務(wù)和研制團隊面臨的一次“大考”，是融合了前向撤離、艙段轉(zhuǎn)位、側(cè)向?qū)拥雀唠y度動作的“組合拳”。

據(jù)航天科技集團五院空間站問天實驗艙副主任設(shè)計師羅超介紹，艙段轉(zhuǎn)位時，由百余公斤的轉(zhuǎn)位機構(gòu)驅(qū)動20余噸的實驗艙進行大范圍轉(zhuǎn)移，就如同“用一根扁擔挑起兩頭大象”，屬于動力學(xué)特性最脆弱的狀態(tài)，任何兩端輕微的振動都可能產(chǎn)生嚴重的后果。“為確保結(jié)構(gòu)安全，必須暫時關(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。”羅超強調(diào)。

可是，讓空間站組合體這樣一個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！“要不借鑒鐘擺原理，先把組合體立起來試試看，再讓組合體轉(zhuǎn)個身向后轉(zhuǎn)位——這樣一來，組合體就能靠重力作用，像鐘擺一樣穩(wěn)定對地軸，使得問天實驗艙上兩個大型太陽翼像羽毛球那樣穩(wěn)定偏航軸，從而形成三軸被動穩(wěn)定的飛行狀態(tài)……”在研制團隊的“頭腦風(fēng)暴”中，本次轉(zhuǎn)位中發(fā)揮關(guān)鍵作用的被動穩(wěn)定轉(zhuǎn)位方案被逐漸明確下來。

多重模擬做好地面驗證

得益于平面轉(zhuǎn)位方式的選擇，研制團隊可以在地面使用氣浮臺進行大量轉(zhuǎn)位試驗，從而充分驗證轉(zhuǎn)位路徑。地面“電性空間站”進行全流程模擬試驗時，云端“數(shù)字空間站”利用多學(xué)科仿真模型，在飛行程序驅(qū)動下開展轉(zhuǎn)位過程中的姿態(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，充分驗證了轉(zhuǎn)位實施方案的可行性和轉(zhuǎn)位過程中姿態(tài)、能源、測控通信等多專業(yè)的匹配度。

轉(zhuǎn)位仿真圖 圖源：中國載人航天工程辦公室

2022年1月6日，工程總體組織實施了機械臂輔助貨運飛船轉(zhuǎn)位試驗。作為此次轉(zhuǎn)位前的一次正式預(yù)演，問天實驗艙先后完成機械臂捕獲天舟二號、對接機構(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，為問天實驗艙轉(zhuǎn)位任務(wù)的成功實施奠定了堅實基礎(chǔ)。

各分系統(tǒng)高效配合完成任務(wù)

本次轉(zhuǎn)位任務(wù)的成功，離不開空間站各分系統(tǒng)間的大力協(xié)同配合。“在轉(zhuǎn)位過程中，空間站機械臂分系統(tǒng)始終作為轉(zhuǎn)位機構(gòu)的備份手段，保障平臺安全；制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制（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(zhuǎn)位過程100%受控；數(shù)管分系統(tǒng)則發(fā)揮‘智能大腦’作用，處置一系列復(fù)雜指令，確保全程零差錯……”羅超表示，由于各分系統(tǒng)的高效配合，此次任務(wù)僅用大約一個小時就圓滿完成，進一步確保了空間站組合體的安全。

可想而知，短短一個小時，凝結(jié)了空間站研制團隊多少心血！

按照計劃，空間站兩艙“L”字構(gòu)型組合體持續(xù)飛行1個月后，將再迎來夢天實驗艙轉(zhuǎn)位組成三艙“T”字構(gòu)型組合體，朝著全面建成中國空間站再進一步——讓我們拭目以待！