【当前热闻】问天实验舱转位，硬核知识点来了！

2022-10-01 08:08:40 来源：科普中国

9月30日12时44分，经过约1小时的天地协同，问天实验舱完成转位。这是我国首次利用转位机构在轨实施大体量舱段转位操作。问天实验舱转位完成后，**空间站组合体由两舱“一”字构型转变为两舱“L”构型。**今天，带你了解关于问天实验舱转位的硬核知识点。

为何要实施转位

(资料图片仅供参考)

按照我国空间站建造方案，在空间站建造阶段，陆续发射的两个实验舱将对称分布于核心舱节点舱的两个侧向停泊口，从而完成空间站“T字”基本构型的建造任务。

问天实验舱是我国目前最大的单体航天器，如果直接与空间站组合体进行侧向对接，会因为质心偏差对空间站姿态造成较大影响，甚至会出现滚转失控的风险。就像是我们用手推一根木棍的底部，如果是沿着它的方向直推过去的话，木棍会径直向前走；如果从侧面撞过去，木棍则会发生较大的偏转。在太空的微重力状态下，偏离质心的力足以“四两拨千斤”，让空间站的姿态失稳。因此，我国两个实验舱都将先轴向对接于前向端口，再通过转位移至侧向停泊口，转位动作在我国空间站的建造及后续任务实施中发挥了重要作用。

为何采用平面式转位

为了让问天实验舱的转位过程变得更加平稳、顺利，研制团队几经论证，并综合对比国际空间站的转位方案，创造性地提出了“平面式转位方案”，**这是国际上首次以平面式转位方案完成航天器的转位动作。**俄罗斯“和平号”空间站采用的是翻转式组装方案，但这一方案在舱体转位到位后，舱体姿态会发生90°的翻转，我国采用的方案则是让问天实验舱在同一平面内进行转位，此时由于质心的运动轨迹也处在一个平面，转位动作对空间站组合体的姿态扰动较小，更易于空间站的姿态控制。

**但相对于翻转式转位方案，平面式转位方案结构设计难度更大，地面试验系统也更为复杂。**为了让转位任务一气呵成、一次成功，研制团队对平面式转位方案进行了精心的分析论证，并研发了相应的测试系统进行在轨工作载荷及转位全时序试验验证，确保了实验舱转位任务的有序、安全、可靠。

转位前还要做“体检”？

航天器在轨运行过程中是没有支点的，当空间站组合体每次接收新的舱段停泊，并进行转位和对接的运动中，都会对空间站组合体产生扰动。与此同时，随着新舱段加入，空间站组合体的系统质心位置、组合体系统惯量、构型等参数不断变化，导致空间站的模态频率和振型等动力学特性不断变化，因此每完成一次在轨“变装”，空间站就变成了一个“新的自己”。为了保证每一个姿态下模型都足够准确，在建立仿真模型后，必须通过模态试验不断进行修正，给空间站姿态控制系统设计提供精准的动力学特性参数，让模型更准确、让转位更平稳、让在轨各项操作更顺畅。

经过夜以继日的奋战，**“体检大师”——高精度模态参数识别系统诞生，**这套系统能实现当今世界上最大单体航天器高精度模态参数识别，实现空间站整器及大型子系统模态参数的准确辨识，为空间站在轨组装和姿态调整提供了必不可少的输入。空间站每一次成功“变装”都离不开这套试验系统。梦天实验舱与节点舱进行对接后，同样将通过转位与节点舱的另一个侧向停泊口进行对接，形成我国空间站“T”型基本构型。围绕后续需求，这套系统也将不断升级，为空间站长期在轨稳定运行贡献力量。

关键词：模态参数动力学特性