高清回顾问天舱转位全过程

2022年7月24日下午，我国最专业的太空实验室问天实验舱顺利发射并进入轨道，它是我国单次发射的最大的航天器，也是世界上最大的单体载人舱段，它将永久停泊在节点舱的侧向停泊口，为未来我国利用空间资源、研究生命科学和前沿科学作出贡献，可以说太空实验室的价值十分巨大，尤其是面向生命科学的研究，为人类移民外星球积累科学基础。本次问天实验舱并不是发射、入轨、对接就完事了，它在九月份会有一个大动作，这个动作十分具有挑战性，那么究竟是什么动作呢？

高清回顾问天舱转位全过程究竟是怎么一回事，跟随我一起看看吧。

2022年7月24日下午，我国最专业的太空实验室问天实验舱顺利发射并进入轨道，它是我国单次发射的最大的航天器，也是世界上最大的单体载人舱段，它将永久停泊在节点舱的侧向停泊口，为未来我国利用空间资源、研究生命科学和前沿科学作出贡献，可以说太空实验室的价值十分巨大，尤其是面向生命科学的研究，为人类移民外星球积累科学基础。本次问天实验舱并不是发射、入轨、对接就完事了，它在九月份会有一个大动作，这个动作十分具有挑战性，那么究竟是什么动作呢？感谢阅读这期文章，跟着我了解一下吧。

一、为什么要进行这个“大动作”

我国空间站的舱段布局是有讲究的，并不是随便找一个对接口就对接，这是有管理作用的，比如天舟货运飞船为什么要首先对接核心舱后向端口呢？这一方面是为了方便拿货，因为对接后向端口后可以直接将货物转移进大柱段中，如果对接节点舱，就要将货物运过两道舱门。其次核心舱后向端口是专门的“加油口”，货运飞船可以利用气压差将燃料补加给核心舱。还比如神舟飞船，它既可以对接节点舱前向端口又可以对接径向端口，这是由于神舟飞船舱体较小，更容易通过姿控系统主动控制对接姿态，而正是这个“超能力”使径向端口是神舟飞船的“专用停车位”。

除了这几个对接口外，核心舱还有两个侧向停泊口，熟悉我国空间站的朋友就知道这是为两个实验舱留的，这两个对接口也叫侧向永久停泊口，为什么有“永久”二字呢？这是由于两个实验舱的设计寿命都在十到十五年左右，而我国空间站的最大寿命最大可以“延寿”至十五年。有了问天实验舱、梦天实验舱在侧向停泊口对接，我国空间站的“T”字形结构就形成了，意味着十月份梦天实验舱对接侧向停泊口后，“天宫”空间站就建成了。

二、问天实验舱将进行“大动作”

7月25日凌晨，问天实验舱入轨后顺利在核心舱前向端口对接，但是这仅仅只是问天实验舱的初来乍到，原因在于它还没有到位，从上文我们可以知道实验舱的最终位置是在侧向停泊口，那问天实验舱如何从前向端口转而对接侧向停泊口呢？有朋友可能会说直接让问天实验舱与前向端口分离，再绕飞但侧向停泊口对接，理论上可以这样，但是这样做的难度可不小，首先问天实验舱要撤离前向端口并退到五公里外的停泊点，然后再向侧下方绕飞到离侧向停泊口两公里的位置，之后还要慢慢地保持着距离向前飞行直到对接，整个过程必须频繁地变轨和调整姿态，这将会消耗很多推进剂。

既然主动绕飞对接困难而又复杂，那何不采用被动转位的方式让问天实验舱转位到侧向停泊口，没错这就说到了这期的正题。问天实验舱不仅配备了一台5米的小机械臂，还在对接口处额外配备了一台更小的转位臂，它由肩关节连杆、肩关节驱动机构、连接臂、腕关节驱动机构、腕关节、捕获连接机构组成。为什么将转位臂设置在这里呢？其实在节点舱上设置了两个转位臂的适配接口，由于实验舱对接在节点舱上，这样能让实验舱上的转位臂近距离抓住适配接口，使之能灵活地进行转位操作。有了转位臂只能说明有了工具，实际操作可以说是一场“大动作”。

三、天舟二号的提前“体验”

今年1月6日，组合体进行了一次类似“一根扁担挑两头大象”的转位试验。首先组合体通过姿态控制“立”了起来，垂直于地面飞行，然后再转动90度，这样做可以使组合体以最小迎风面飞行，因为组合体在大约400千米的热层中也会受到稀薄大气的阻力，之后核心舱上的机械臂爬行到节点舱上的停泊口抓住天舟二号的适配器，然后机械臂推动天舟二号解锁分离，然后开始进行天舟二号的转位测试，让机械臂驱动着天舟二号来回移动，最后机械臂回缩让天舟二号重新对接。由于核心舱重达22.5吨，天舟二号重13.5吨，细长的机械臂面临着被折断的风险，但正是有了它的测试才为此次问天实验舱的转位积累经验。

四、问天实验舱如何转位

上面介绍到转位臂，它是实验舱专有的装备，它的长度比大机械臂更短，却能挑起23吨的问天实验舱，这样一台短小精悍的机械臂是怎样工作的呢？有朋友会说，这还不简单，转位臂上的捕获连接机构对接节点舱上的适配器，然后转动90度不就行了，其实这样做潜藏着危险，当组合体正向朝前飞行时，受到的稀薄大气的阻力较小，当问天实验舱转位时就会使17.9米长的侧面向前飞行，这就会给转位臂带来阻力；其次，由于重力梯度力矩的作用，会使地球轨道上的卫星产生自转，而由于问天实验舱侧向飞行时重力梯度力矩不集中，这就会使转位臂难以承受问天实验舱带来的作用力，容易被折断。

为了减少到最小的阻力和保持重力梯度稳定，组合体要先从平行于地面飞行改为垂直于地面飞行，这样组合体才是重力梯度稳定的，就像钟摆一样，姿态都会稳定在纵轴上，这里补充说明一下重力梯度，由于组合体垂直于地面，较高的舱段受到的引力小，而较低的舱段受到的引力大，从而形成了引力差，产生了稳定的重力梯度力矩。然后组合体转体90度，让太阳能帆板的侧边与飞行轴共线，这样就极大地避免了太阳能帆板的面积带来阻力，然后问天实验舱的转位臂与节点舱上的适配器对接，接着转位臂上的驱动机构驱动问天实验舱转动90度到侧向停泊口前，被侧向对接机构捕获后进一步锁紧，最终让问天实验舱永久对接在侧向停泊口，最后组合体回转，让节点舱回到正面朝前飞行，等待梦天实验舱的来访对接。

在转位过程中，如果转位臂出现故障，核心舱上的机械臂也可以实现转位。

利用重力梯度转位的场面蔚为壮观，长度45米的组合体从一开始的平行于地面飞行，之后慢慢地立起90度，就像一根金箍棒，然后还要轴向转90度，最后还要再转回去与地面平行，但是航天员倒没有一种坐过山车的感觉，就像他们睡觉一样，无论什么姿态都是OK的。

可以说转位这个动作是我国空间站建设的必备技能，不仅我国空间站一期工程对接实验舱需要进行转位，二期的扩建同样是需要转位操作的，当问天实验舱对接侧向停泊口后，组合体会呈现“L”字形，当然此后要经常进行姿态和轨道调整，它将运行一个月，等待十月份梦天实验舱的来访对接。

空间站对接舱一般有3个以上对接口。

国际空间站用于连接载人航天器的对接口有6个，分别是星辰号服务舱尾段轴向对接口、星辰号小柱段前端对地方向的码头号对接舱、星辰号小柱段前端天顶方向的微型实验舱1对接口、曙光号核心舱小柱段前端对地方向的微型实验舱2对接口，以及和谐号节点舱轴向与天顶方向两个对接口。

天宫空间站不同于国际空间站的门户有别，其核心架构优势是技术标准的高度统一，该空间站一期工程建成后有三个对接口，分别是天和一号核心舱大柱段尾段对接口、天和一号核心舱小柱段前端节点舱的轴向对接口与对地方向侧向对接口。

天宫空间站对接口兼容性更强

天和一号核心舱前端节点舱并没有天顶方向对接口，因为此处是节点气闸舱的航天员进出舱口，节点舱轴向对接口与对地方向侧向对接口均有独立的对接设备，载人飞船无论从哪个方向接近空间站，均可与后者直接交会对接。

通常情况下，天舟货运飞船会在天和一号核心舱大柱段尾段轴向对接口对接，进行物资补给，最重要的是在此可以进行燃料在轨补加，同时核心舱节点舱另外两个对接口也能接纳货运飞船对接。换句话说，天宫空间站所有对接口既能对接载人飞船也能对接货运飞船，兼容性更强。

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