北京時間2022年9月30日12時44分，經過約1小時的天地協(xié)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?yōu)?ldquo;L”字構型。
(資料圖片僅供參考)
轉位期間，問天實驗艙首先完成相關狀態(tài)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(jié)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(xù)，空間站組合體將以“L”字構型在軌飛行，等待夢天實驗艙發(fā)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(tǒng)發(fā)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(wěn)、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(tǒng)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(xù)發(fā)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(jié)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(tài)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(fā)生較大的偏轉。在太空的微重力狀態(tài)下，偏離質心的力足以讓空間站的姿態(tài)失穩(wěn)。”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(xù)任務實施。
國際上首次平面式轉位
轉位是更加穩(wěn)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(wěn)、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(chuàng)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(tài)會發(fā)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(tài)擾動較小，更易于空間站的姿態(tài)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(tǒng)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(fā)了相應的測試系統(tǒng)，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(jié)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(wěn)、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(tài)；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(xié)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(tài)”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(tài)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(huán)實現捕獲，這一“吻”更輕盈、也更溫柔。
為了實現完美的“倒車入庫”，八院身經百戰(zhàn)的空間站“老手”——對接機構已在21次在軌試驗和數千次地面試驗中進行了充分的雙重驗證，確保勝任此次全新的對接考驗。
